云南省風(fēng)電負(fù)荷預(yù)測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)狀評(píng)估

羅恩博,杜景琦,唐立軍

(云南電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院,昆明 650217)

云南省風(fēng)電負(fù)荷預(yù)測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)狀評(píng)估

羅恩博,杜景琦,唐立軍

(云南電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院,昆明 650217)

風(fēng)電負(fù)荷預(yù)測(cè)系統(tǒng)對(duì)風(fēng)電大規(guī)模接入后電網(wǎng)的供電品質(zhì)、供電可靠性有重要意義；針對(duì)目前云南省風(fēng)功率預(yù)測(cè)還處于起步階段的情況,對(duì)目前云南省風(fēng)電功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、統(tǒng)計(jì)及報(bào)表功能、界面功能、預(yù)測(cè)功能、風(fēng)場(chǎng)預(yù)測(cè)情況統(tǒng)計(jì)分析這5方面的現(xiàn)狀及存在的問題進(jìn)行分析,并對(duì)風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)的管理及優(yōu)化提出改善意見。

風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)；預(yù)測(cè)功能；風(fēng)場(chǎng)預(yù)測(cè)情況統(tǒng)計(jì)

0 前言

風(fēng)能作為目前新能源開發(fā)中技術(shù)成熟,具有大規(guī)模開發(fā)前景的能源,目前在云南省范圍內(nèi)進(jìn)行了大規(guī)模的開發(fā)和利用；針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)大規(guī)模接入電網(wǎng)的情況,風(fēng)電負(fù)荷預(yù)測(cè)系統(tǒng)將對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行方式提供強(qiáng)有力的理論依據(jù)。

1 風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)

風(fēng)電場(chǎng)功率預(yù)測(cè)是指以風(fēng)電場(chǎng)的歷史功率、歷史風(fēng)速、地形地貌、數(shù)值天氣預(yù)報(bào)、風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)等數(shù)據(jù)建立風(fēng)電場(chǎng)輸出功率的預(yù)測(cè)模型,以風(fēng)速、功率或數(shù)值天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)作為模型的輸入,結(jié)合風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組的設(shè)備狀態(tài)及運(yùn)行工況,得到風(fēng)電場(chǎng)未來的輸出功率,預(yù)測(cè)時(shí)間尺度包括短期預(yù)測(cè)和超短期預(yù)測(cè)。

2 風(fēng)功率預(yù)測(cè)對(duì)云南省的重要意義

云南省每日最高負(fù)荷大約為1 400 MW,目前風(fēng)電接入200 MW,由于負(fù)荷中水電比重相對(duì)較大,水電具有較強(qiáng)的調(diào)頻能力,所以目前對(duì)于在線路容量允許的情況下風(fēng)電采用全額消納的方式,但隨著十三五規(guī)劃中風(fēng)電的大力發(fā)展,風(fēng)電在電網(wǎng)中的比重將繼續(xù)增大[1],由于風(fēng)能的隨機(jī)性、間歇性特點(diǎn),風(fēng)電對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行將帶來更大的挑戰(zhàn)。

風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)出力變化趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè),對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)視,通過對(duì)風(fēng)電出力的預(yù)測(cè)可以為電力調(diào)度部門優(yōu)化運(yùn)行方式提供數(shù)據(jù)支持,從而提高電網(wǎng)供電質(zhì)量、保證電網(wǎng)安全[2]。

3 電場(chǎng)側(cè)風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)情況

2010年前投運(yùn)風(fēng)電場(chǎng)于2011年開始陸續(xù)配置風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng),2011年以后投運(yùn)風(fēng)電場(chǎng)在投運(yùn)過程中就開始配置風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)。

下面從以下4個(gè)方面對(duì)目前云南省風(fēng)電負(fù)荷預(yù)測(cè)系統(tǒng)的現(xiàn)狀進(jìn)行分析。

3.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

數(shù)字采集系統(tǒng)是風(fēng)電負(fù)荷預(yù)測(cè)系統(tǒng)基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)來源,也為負(fù)荷預(yù)測(cè)計(jì)算提供實(shí)際數(shù)據(jù)支持,并與調(diào)度端進(jìn)行通訊,上送風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行情況及預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)?，F(xiàn)階段云南風(fēng)功率預(yù)測(cè)數(shù)字采集系統(tǒng)基本情況如下：

1)風(fēng)電場(chǎng)測(cè)風(fēng)塔采集量均包括三個(gè)不同層高的風(fēng)速和風(fēng)向；但發(fā)現(xiàn)存在風(fēng)電場(chǎng)目前并未安裝測(cè)風(fēng)塔,測(cè)風(fēng)塔數(shù)據(jù)均是電腦自動(dòng)生成,并非實(shí)時(shí)風(fēng)速。

2)風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)通過通訊終端接收風(fēng)場(chǎng)氣象信息和風(fēng)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行情況,并向調(diào)度端輸出風(fēng)功率預(yù)測(cè)信息；但各風(fēng)場(chǎng)均有不同程度的采集信號(hào)缺少現(xiàn)場(chǎng)溫度、濕度、風(fēng)向級(jí)空氣密度等氣象數(shù)據(jù)采集不全的情況。

3)目前風(fēng)電廠預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)均是按15 min存儲(chǔ)一次的方式進(jìn)行存儲(chǔ),期間的風(fēng)場(chǎng)實(shí)發(fā)功率及風(fēng)速數(shù)據(jù)都為15 min轉(zhuǎn)化的平均數(shù)據(jù)。

4)部分風(fēng)電廠存在實(shí)際功率、實(shí)際風(fēng)速缺失的情況,缺失的情況下數(shù)據(jù)顯示為空缺,未對(duì)缺測(cè)和異常數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,將對(duì)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性造成影響。

3.2 統(tǒng)計(jì)、報(bào)表功能

統(tǒng)計(jì)和報(bào)表功能是通過對(duì)風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)中氣象數(shù)據(jù)、預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)、實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納總結(jié)再生成數(shù)據(jù)展示功能,包括表格展示、圖表展示、報(bào)表打印輸出。現(xiàn)階段云南風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)及報(bào)表功能情況如下：

1)各風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)中對(duì)于短期及超短期功率預(yù)測(cè)都可以通過歷史趨勢(shì)進(jìn)行查詢。

2)各風(fēng)電負(fù)荷預(yù)測(cè)系統(tǒng)中誤差統(tǒng)計(jì)均是采用日統(tǒng)計(jì)、月統(tǒng)計(jì)的方式完成；誤差指標(biāo)包括均方根誤差、平均誤差、相關(guān)性系數(shù)、最大預(yù)測(cè)誤差存在統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)不完善的情況。

3)各風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)只包括風(fēng)速及風(fēng)向統(tǒng)計(jì)功能,并支持自動(dòng)生成報(bào)表；未包括發(fā)電量、風(fēng)電有效發(fā)電時(shí)間、最大出力及其發(fā)生時(shí)間等,也未向電力調(diào)度機(jī)構(gòu)上送以上統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

3.3 預(yù)測(cè)功能

預(yù)測(cè)功能是通過天氣預(yù)報(bào)、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際氣象數(shù)據(jù)及歷史數(shù)據(jù)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)未來功率進(jìn)行預(yù)測(cè)的方法。目前預(yù)測(cè)功能情況如下：

1)目前這些風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)均包含預(yù)測(cè)次日零時(shí)起3天的風(fēng)電輸出功率的短期預(yù)測(cè)、預(yù)測(cè)未來0-4h的風(fēng)電輸出功率的超短期預(yù)報(bào),且時(shí)間分辨率都為15min。

2)各風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)短期預(yù)測(cè)啟動(dòng)時(shí)間都是由后臺(tái)設(shè)定,無法通過界面按鈕進(jìn)行手動(dòng)測(cè)試,超短期預(yù)測(cè)都是按照15min執(zhí)行一次,預(yù)測(cè)該時(shí)刻之后4h的輸出功率。

3)風(fēng)場(chǎng)均存在開機(jī)容量缺失的情況,由于缺少實(shí)際的開機(jī)容量將導(dǎo)致誤差統(tǒng)計(jì)計(jì)算不準(zhǔn)。

4)各風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)中對(duì)于限電時(shí)段都沒有從預(yù)測(cè)系統(tǒng)中填寫限電時(shí)段,導(dǎo)致限電時(shí)段預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)與實(shí)際負(fù)荷偏差很大。

5)對(duì)負(fù)荷預(yù)測(cè)曲線在預(yù)測(cè)系統(tǒng)中存在數(shù)據(jù)缺失或錯(cuò)誤是無法進(jìn)行修正。

6)各風(fēng)場(chǎng)都具有完備的誤差統(tǒng)計(jì)功能。

3.4 風(fēng)場(chǎng)預(yù)測(cè)情況統(tǒng)計(jì)分析

根據(jù) 《風(fēng)電功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)功能規(guī)范》中要求單個(gè)風(fēng)電場(chǎng)非限電時(shí)段的短期預(yù)測(cè)月均方根誤差應(yīng)小于20%,超短期預(yù)測(cè)第4 h預(yù)測(cè)月均方根誤差應(yīng)小于15%；[3]誤差計(jì)算方法如下：

均方根誤差(RMSE)

平均絕對(duì)誤差 (MAE)

相關(guān)性系數(shù) (r)

最大預(yù)測(cè)誤差 (δmax)

式中：

PMi——i時(shí)刻的實(shí)際功率

PPi——i時(shí)刻的預(yù)測(cè)功率

Cap——風(fēng)電場(chǎng)的開機(jī)總?cè)萘?/p>

n——所有樣本個(gè)數(shù)

通過收集的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)根據(jù)公式 (1)至公式(4)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的預(yù)測(cè)誤差進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算結(jié)果如圖1～4所示：

圖1 調(diào)研風(fēng)電場(chǎng)2-8月份短期預(yù)測(cè)均方根誤差統(tǒng)計(jì)

圖2 調(diào)研風(fēng)電場(chǎng)2-8月份超短期預(yù)測(cè)均方根誤差統(tǒng)計(jì)

圖3 調(diào)研風(fēng)電場(chǎng)2-8月份短期預(yù)測(cè)平均絕對(duì)誤差統(tǒng)計(jì)

圖4 調(diào)研風(fēng)電場(chǎng)2-8月份超短期預(yù)測(cè)平均絕對(duì)誤差統(tǒng)計(jì)

通過對(duì)上述3個(gè)風(fēng)電場(chǎng)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的收集及誤差計(jì)算的結(jié)果可以看出,目前風(fēng)電場(chǎng)的短期、超短期預(yù)測(cè)均方根誤差均有不同程度的不滿足要求的情況,預(yù)測(cè)精度相對(duì)偏低；短期預(yù)測(cè)平均絕對(duì)誤差在10%～25%之間,超短期預(yù)測(cè)平均絕對(duì)誤差在5%～25%之間。

4 風(fēng)電負(fù)荷預(yù)測(cè)系統(tǒng)存在的問題

云南省由于近幾年才開始大力發(fā)展風(fēng)電項(xiàng)目,導(dǎo)致目前對(duì)風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)的管理及研究存在明顯的不足,由于風(fēng)電的大規(guī)模接入,風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)成為大家關(guān)注的焦點(diǎn),但云南省范圍內(nèi)風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)存在著以下幾個(gè)主要問題：

1)目前我省風(fēng)電功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)依賴于地區(qū)天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù),但地區(qū)天氣預(yù)報(bào)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)局部氣象預(yù)測(cè)存在明顯偏差的情況,導(dǎo)致預(yù)測(cè)精度偏低。

2)風(fēng)電場(chǎng)歷史數(shù)據(jù)不完備、氣象數(shù)據(jù)缺失等情況也導(dǎo)致負(fù)荷預(yù)測(cè)精度較低。

3)風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電計(jì)劃上報(bào)基本是采用參考前一日實(shí)際負(fù)荷情況來進(jìn)行上報(bào),并未直接使用預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)作為計(jì)劃發(fā)電數(shù)據(jù)上報(bào)；這樣導(dǎo)致上報(bào)的計(jì)劃數(shù)據(jù)與預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)及次日實(shí)際功率情況存在較大偏差,風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)也未起到應(yīng)有效果。

4)風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)在各風(fēng)電場(chǎng)中無人管理無人維護(hù),預(yù)測(cè)系統(tǒng)未對(duì)風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行,風(fēng)功率預(yù)測(cè)的數(shù)據(jù)、誤差統(tǒng)計(jì)等也沒有進(jìn)行歸檔和收集。

5 結(jié)束語

本文介紹了針對(duì)目前云南省風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)的閑置及存在的問題,對(duì)下一步規(guī)范和提高風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)提出以下建議：

1)提高風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)資料管理,完善風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及采集,并向電力調(diào)度中心及時(shí)上報(bào)；這樣一方面可以提高預(yù)測(cè)精度,同時(shí)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)行維護(hù)及檢修計(jì)劃安排提供便利。

2)完善風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)的考核管理制度,提出相應(yīng)的風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)以規(guī)范風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng),提升預(yù)測(cè)水平,保證電網(wǎng)安全。

3)進(jìn)一步對(duì)風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)的算法與技術(shù)進(jìn)行深入研究,對(duì)氣象預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)進(jìn)行長(zhǎng)期統(tǒng)計(jì)收集,針對(duì)我省以山地為主的特點(diǎn)優(yōu)化預(yù)測(cè)算法,提高預(yù)測(cè)精度。

4)開展風(fēng)電場(chǎng)技術(shù)監(jiān)督。在技術(shù)監(jiān)督的過程中規(guī)范風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng),并在監(jiān)督過程中收集各項(xiàng)氣象數(shù)據(jù)及預(yù)測(cè)數(shù)據(jù),為進(jìn)一步深化風(fēng)功率預(yù)測(cè)研究工作提供數(shù)據(jù)支持。

[1] 邢婷,鄭有飛,朱勇,等.云南風(fēng)能資源及其開發(fā)利用研究進(jìn)展 [J].氣象與環(huán)境科學(xué),2013,36(4)：55-61.

[2] 范高鋒,裴哲義,辛耀中.風(fēng)電功率預(yù)測(cè)的發(fā)展現(xiàn)狀與展望 [J].中國(guó)電力,2011,44(6)：38-41.

[3] 風(fēng)電功率預(yù)測(cè)功能規(guī)范 [S].北京：國(guó)家電網(wǎng)公司,2011.

Status Assessment of Wind Power Forecasting System in Yunnan Province

LUO Enbo,DU Jingqi,TANG Lijun
(Yunnan Electric Power Research Institute,Kunming 650217,China)

The wind power forecasting system is of important significance to the quality and reliability of power supply after a large scale of wind power connecting to the grid.In view of the wind power forecasting in Yunnan Province is still in the initial stage,this paper analysis the status quo and existing problems in the following five aspects in wind power forecasting system：data acquisition system,statistics and reporting function,interface function,forecasting function and wind power forecasting situation statistics,then proposes the opinions on improving the management and optimization of the wind power forecasting system.

wind power forecasting system；forecasting function；wind power forecasting situation statistics

TM73

B

1006-7345(2015)01-0056-03

2014-09-02

羅恩博 (1986),男,云南電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院,從事水、火電機(jī)組及新能源控制系統(tǒng)研究 (e-mail)luo725＠126.com。

杜景琦 (1980),男,碩士,云南電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院,從事水、火電機(jī)組及新能源控制系統(tǒng)研究 (e-mail)109059245＠qq.com。

唐立軍 (1985),男,碩士,云南電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院,從事水、火電機(jī)組及新能源控制系統(tǒng)研究 (e-mail)16893515＠qq.com。