風(fēng)電備用決策系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

孫富榮,倪　鵬

(國(guó)網(wǎng)乳山市供電公司,山東 乳山 264500)

?

風(fēng)電備用決策系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

孫富榮,倪鵬

(國(guó)網(wǎng)乳山市供電公司,山東 乳山 264500)

為解決風(fēng)電備用容量確定方法運(yùn)算效率低、難以用于到工程實(shí)踐的問(wèn)題,基于一種簡(jiǎn)潔可行的風(fēng)功率預(yù)測(cè)誤差估計(jì)方法,建立新的風(fēng)電備用容量計(jì)算模型,提出基于風(fēng)功率預(yù)測(cè)誤差的風(fēng)電備用決策算法。以該算法為基礎(chǔ),Linux操作系統(tǒng)為平臺(tái),Oracle和Kingbase為數(shù)據(jù)庫(kù), QT為開(kāi)發(fā)工具,C++為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言,設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了風(fēng)電備用決策系統(tǒng)。實(shí)踐驗(yàn)證,該系統(tǒng)不僅能提高運(yùn)算效率,而且能在線確定風(fēng)電備用容量。

風(fēng)功率預(yù)測(cè)誤差;風(fēng)電備用;QT開(kāi)發(fā)

風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源,在我國(guó)得到快速的發(fā)展,但其間歇性和隨機(jī)性給電力系統(tǒng)的運(yùn)行帶來(lái)了風(fēng)險(xiǎn)[1]。傳統(tǒng)的備用設(shè)置方法已無(wú)法滿足大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)后系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性需求。

國(guó)內(nèi)部分地區(qū)對(duì)風(fēng)電預(yù)留全備用,在大規(guī)模風(fēng)電接入和外送情況下,各級(jí)調(diào)度機(jī)構(gòu)以電網(wǎng)安全為由,往往過(guò)大預(yù)留系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用,有的預(yù)留容量達(dá)標(biāo)準(zhǔn)預(yù)留量的4倍以上,這就在一定程度上造成了浪費(fèi)。因此,為調(diào)度系統(tǒng)提供經(jīng)濟(jì)可靠的備用預(yù)留容量具有重要意義。文獻(xiàn)[2]建立了由正態(tài)分布和拉普拉斯分布組合而成的風(fēng)電出力預(yù)測(cè)誤差模型,并基于機(jī)會(huì)約束規(guī)劃方法構(gòu)建含有風(fēng)電場(chǎng)的系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用獲取模型。文獻(xiàn)[3]分析了風(fēng)電接入后系統(tǒng)的運(yùn)行備用需求性質(zhì),提出一種基于風(fēng)險(xiǎn)的風(fēng)電備用需求決策方法。國(guó)內(nèi)、外關(guān)于風(fēng)電備用設(shè)定的許多研究都是從風(fēng)功率預(yù)測(cè)誤差入手,尋求其與備用需求之間的關(guān)系,但建立的模型大多較為復(fù)雜,未考慮算法的運(yùn)算效率,暫時(shí)難以運(yùn)用到工程實(shí)踐中去。

針對(duì)這些問(wèn)題,本文基于一種相對(duì)簡(jiǎn)潔可行的日前風(fēng)功率預(yù)測(cè)誤差估計(jì)方法,建立新的備用容量計(jì)算模型,簡(jiǎn)化風(fēng)電接入后備用容量的確定,并以該算法為基礎(chǔ),設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)風(fēng)電備用決策系統(tǒng),在線確定全網(wǎng)日前的備用容量。

1　系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架及功能

1.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架

本文開(kāi)發(fā)的風(fēng)電備用決策系統(tǒng)以D5000系統(tǒng)為運(yùn)行平臺(tái),運(yùn)行環(huán)境為L(zhǎng)inux操作系統(tǒng)。為支持現(xiàn)有的操作系統(tǒng)環(huán)境與數(shù)據(jù)傳輸方式,采用跨平臺(tái)軟件QT作為開(kāi)發(fā)工具,C++為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言。QT是源代碼級(jí)的跨平臺(tái),具有一次編寫,隨處編譯的特點(diǎn)[4-5]。

系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分為前臺(tái)配置、后臺(tái)算法運(yùn)行、任務(wù)觸發(fā)三大部分。利用定時(shí)機(jī)制觸發(fā)后臺(tái)算法的運(yùn)行,計(jì)算的結(jié)果存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中,用戶通過(guò)前臺(tái)的人機(jī)界面配置計(jì)算參數(shù)和選擇查詢類型,系統(tǒng)由數(shù)據(jù)庫(kù)讀取查詢的數(shù)據(jù)結(jié)果實(shí)現(xiàn)查詢結(jié)果的可視化。系統(tǒng)整體框架設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)整體框架設(shè)計(jì)

1.2系統(tǒng)的主要功能模塊

設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的風(fēng)電備用優(yōu)化決策系統(tǒng)具備的功能有風(fēng)電預(yù)測(cè)誤差估計(jì)、日前備用容量預(yù)測(cè)、人工設(shè)置參數(shù)實(shí)現(xiàn)在線計(jì)算。

日前預(yù)測(cè)任務(wù)的觸發(fā)周期為24 h,數(shù)據(jù)粒度為96點(diǎn)/d,定時(shí)任務(wù)觸發(fā)后自動(dòng)計(jì)算出日前的預(yù)測(cè)結(jié)果,并將結(jié)果保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中。界面默認(rèn)查詢?nèi)掌跒榈诙?以表格和曲線的形式將數(shù)據(jù)庫(kù)表中的數(shù)據(jù)顯示在界面中。用戶也可改變查詢?nèi)掌?以查詢歷史計(jì)算結(jié)果。

需要說(shuō)明的是:原始風(fēng)電預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)源于兩個(gè)不同的數(shù)據(jù)源,對(duì)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)源的選取需要用戶自行設(shè)定,分別選擇不同的數(shù)據(jù)源,或以兩者的加權(quán)值作為預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)。加權(quán)值的設(shè)定分為系統(tǒng)自動(dòng)設(shè)定和用戶手動(dòng)設(shè)定。其中,系統(tǒng)自動(dòng)設(shè)定的原則是根據(jù)兩種預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)近幾天的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性來(lái)設(shè)定;用戶手動(dòng)設(shè)定則是用戶根據(jù)歷史經(jīng)驗(yàn)手動(dòng)輸入比例系數(shù)。

2　算法設(shè)計(jì)

2.1風(fēng)電預(yù)測(cè)誤差估計(jì)

考慮通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析長(zhǎng)期風(fēng)功率歷史數(shù)據(jù),將一天96個(gè)點(diǎn)中相似的時(shí)間段合并,從而減小計(jì)算量。從歷史數(shù)據(jù)和近期數(shù)據(jù)中提取數(shù)據(jù)特征,研究影響風(fēng)功率預(yù)測(cè)誤差的影響因素,分析各因素對(duì)預(yù)測(cè)誤差的影響方式,進(jìn)而建立風(fēng)功率預(yù)測(cè)誤差估計(jì)模型。根據(jù)日前風(fēng)功率預(yù)測(cè)曲線的數(shù)據(jù)特征估計(jì)預(yù)測(cè)誤差。

為了減少程序的在線運(yùn)行時(shí)間,可以將本方法解耦為兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的模塊:在線計(jì)算模塊和離線計(jì)算模塊。需要說(shuō)明的是這里的在線與離線是根據(jù)計(jì)算量的大小區(qū)分的,在線計(jì)算量小,任務(wù)觸發(fā)周期為24 h;離線計(jì)算的計(jì)算量較大,任務(wù)觸發(fā)周期為6個(gè)月。

離線計(jì)算分析歷史數(shù)據(jù),求解權(quán)重系數(shù),建立誤差估計(jì)模型。在線計(jì)算模塊利用離線計(jì)算所求解的系數(shù)和建立的模型,通過(guò)分析近期數(shù)據(jù),捕捉近期特征,估計(jì)風(fēng)功率預(yù)測(cè)誤差[6]。

2.2備用容量計(jì)算

利用風(fēng)功率預(yù)測(cè)估計(jì)誤差模型計(jì)算風(fēng)電預(yù)留的備用容量為

RWi=ERRi*Cap

式中:RWi表示i時(shí)刻為風(fēng)電所留的備用容量；ERRi表示前面求出的誤差值。

實(shí)際備用容量分為上調(diào)備用和下調(diào)備用,根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況,上調(diào)備用和下調(diào)備用容量應(yīng)滿足基本約束:

(1)

可采用遞歸法使備用容量滿足式(1)中的約束,即

式中:RWdownt(i)表示t時(shí)刻第i次迭代后的風(fēng)電下調(diào)備用;RWupt(i)表示t時(shí)刻第i次迭代后的風(fēng)電上調(diào)備用;p1、p2為備用的修正參數(shù),其中01。

備用容量的最終確定還需參考現(xiàn)場(chǎng)調(diào)度人員實(shí)際經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行修正,當(dāng)風(fēng)功率預(yù)測(cè)值較小時(shí),為風(fēng)電所留的上調(diào)備用適當(dāng)減少,下調(diào)備用適當(dāng)增加;當(dāng)風(fēng)功率預(yù)測(cè)值較大時(shí),為風(fēng)電所留的上調(diào)備用適當(dāng)增加,下調(diào)備用適當(dāng)減少。

3　數(shù)據(jù)交互和訪問(wèn)

3.1數(shù)據(jù)交互

風(fēng)電備用決策系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源分為兩部分:

1) 風(fēng)電出力相關(guān)數(shù)據(jù),如全網(wǎng)風(fēng)電短期預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)、實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)等,這部分?jǐn)?shù)據(jù)存放在風(fēng)電考核系統(tǒng)的Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)下。

2) 系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù),包括算法的設(shè)置參數(shù)、系統(tǒng)任務(wù)計(jì)算結(jié)果等,這部分?jǐn)?shù)據(jù)存放在本地服務(wù)器上的數(shù)據(jù)庫(kù)中。

風(fēng)電備用決策系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互示意圖如圖2所示。

圖2　系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互示意圖

3.2數(shù)據(jù)訪問(wèn)

由于存在多個(gè)高級(jí)應(yīng)用需要訪問(wèn)風(fēng)電考核系統(tǒng)下的Oracle數(shù)據(jù)庫(kù),因此考慮到數(shù)據(jù)庫(kù)的安全性及系統(tǒng)穩(wěn)定性,應(yīng)盡量避免對(duì)該數(shù)據(jù)庫(kù)頻繁訪問(wèn)。本系統(tǒng)將每天Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)下的風(fēng)電出力數(shù)據(jù)讀出存放到本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)下,再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。

3.2.1數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)

在本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)下新建表目錄,包括風(fēng)電預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)、風(fēng)電實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)、風(fēng)電出力上下限、上調(diào)備用容量、下調(diào)備用容量、離線參數(shù)等風(fēng)電出力數(shù)據(jù)及系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)表。創(chuàng)建表采用橫表的形式,每條數(shù)據(jù)記錄96個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。

3.2.2數(shù)據(jù)訪問(wèn)方式

采用DCI接口訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù),對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行讀寫、更新等操作。DCI通過(guò)服務(wù)名連接數(shù)據(jù)庫(kù),服務(wù)在文件sys-service.conf中配置。通過(guò)DCI接口執(zhí)行SQL語(yǔ)句,從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀出所要查詢的數(shù)據(jù)或?qū)⒑笈_(tái)計(jì)算出的結(jié)果寫入數(shù)據(jù)庫(kù)保存。

4　系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)行

風(fēng)電備用決策系統(tǒng)的工作流程主要包括前臺(tái)用戶界面的參數(shù)設(shè)置、條件選擇和備用決策算法的后臺(tái)運(yùn)行。數(shù)據(jù)庫(kù)則作為兩者溝通的橋梁。

后臺(tái)算法由定時(shí)任務(wù)觸發(fā)執(zhí)行,計(jì)算出所有條件下的日前預(yù)測(cè)結(jié)果,并將結(jié)果寫入數(shù)據(jù)庫(kù)相應(yīng)庫(kù)表中,用戶在前端界面勾選不同的查詢條件,讀出數(shù)據(jù)庫(kù)中滿足查詢條件的所有數(shù)據(jù),以表格或曲線的形式顯示。具體流程如圖3所示。

圖3　系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)行流程圖

5　結(jié)　語(yǔ)

本文在D5000系統(tǒng)下設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)的風(fēng)電備用決策系統(tǒng),現(xiàn)已在某電網(wǎng)投入試運(yùn)行,且運(yùn)行正常,由此得出,該系統(tǒng)不僅能在線確定風(fēng)電備用容量,而且也便于實(shí)際使用。

[1] 王丹平, 陳之栩, 涂孟夫, 等. 考慮大規(guī)模風(fēng)電接入的備用容量計(jì)算[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2012, 36(21): 24-28.

WANG Danping, CHEN Zhixu, TU Mengfu, et al. Reserve capacity calculation considering large-scale wind power integrati-on[J]. Automation of Electric Power System, 2012, 36(21):24-28.

[2] 葛炬, 王飛, 張粒子. 含風(fēng)電場(chǎng)電力系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用獲取模型[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2010(6): 32-36.

GE Ju, WANG Fei, ZHANG Lizi. Spinning reserve model in the wind power integrated power system [J]. Automation of Electric Power System, 2010(6): 32-36.

[3] 張國(guó)強(qiáng), 吳文傳, 張伯明. 考慮風(fēng)電接入的有功運(yùn)行備用協(xié)調(diào)優(yōu)化[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2011, 35(12): 15-19.ZHANG Guoqiang, WU Wenchuan, ZHANG Boming. Optimization of operation reserve coordination considering wind power integration[J]. Automation of Electric Power System, 2011, 35(12): 15-19.

[4] 熊道輝, 王倩, 唐瑜, 等. 基于QT的SCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù)服務(wù)器軟件設(shè)計(jì)[J]. 電力學(xué)報(bào), 2012, 26(2): 140-144.

XIONG Daohui, WANG Qian, TANG Yu, et al. SCADA data server software design based on QT [J]. Journal of Electric Power, 2012, 26(2): 140-144.

[5] 李文帆, 劉志剛, 伍文城, 等. 基于QT的電力系統(tǒng)地理接線圖繪制軟件設(shè)計(jì)[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2013, 37(7): 72-76.LI Wenfan, LIU Zhigang, WU Wencheng, et al. Design of power system geographical wiring diagram drawing software based on QT[J]. Automation of Electric Power Systems, 2013, 37(7): 72-76.

[6] 張凱鋒, 丁洽, 楊國(guó)強(qiáng), 等. 一種基于數(shù)據(jù)特征提取的風(fēng)功率預(yù)測(cè)誤差估計(jì)方法[P]. 中國(guó)專利,201310422579.6.

ZHANG Kaifeng, DING Qia, YANG Guoqiang, et al. An estimation method for wind power forecast errors based on numerical feature extraction[P]. China Patent,201310422579.6.

(責(zé)任編輯郭金光)

Design and development of wind power reserve decision system

SUN Furong, NI Peng

(State Grid Rushan Power Supply Company, Rushan 264500, China)

Aiming at the problems in determining reserve capacity, including the low efficiency of calculation and the difficulty of application in the project, this paper established a new calculation model of wind power reserve capacity based on a relatively concise and feasible error estimations method of wind power forecast, and proposed the wind power reserve decision system. It is a system that operates on Linux system, with Oracle and Kingbase as the databases, being developed by QT software and C++language. The practice proves that it can not only enhance the calculation efficiency, but determine the wind power reserve capacity online as well..

error estimations of wind power forecast; Wind power reserve; QT development

2015-11-21；

2015-12-08。

孫富榮(1978—),男,助理工程師,主要研究方向?yàn)殡娋W(wǎng)運(yùn)維檢修、配電網(wǎng)規(guī)劃。

TM614

A

2095-6843(2016)03-0275-03