基于GIS 的風(fēng)能預(yù)報技術(shù)分析

陳遠太 賴迎

國家電投集團江西電力有限公司高新清潔能源分公司 江西南昌 330000

在風(fēng)電的電廠調(diào)度以及網(wǎng)上交易過程中，良好的風(fēng)能預(yù)測技術(shù)是一個至關(guān)重要的控制手段。通過風(fēng)能預(yù)報技術(shù)的合理應(yīng)用，可以有效減少風(fēng)電電網(wǎng)的備用容量，以此來提升風(fēng)電的品質(zhì)與價值。而將當今先進的GIS技術(shù)應(yīng)用其中，將會顯著提升風(fēng)能預(yù)報技術(shù)效果，以此來實現(xiàn)技術(shù)優(yōu)勢的充分發(fā)揮。

1 GIS 技術(shù)簡介

GIS 技術(shù)是地理信息系統(tǒng)的簡稱，該技術(shù)是一種由多個學(xué)科多種技術(shù)交叉而成的技術(shù)，它可以將地理空間作為基礎(chǔ)，通過地理模型的分析來進行多種空間以及動態(tài)形式地理信息的提供。該技術(shù)的基本功能是顯示出地理圖形，然后再進行顯示結(jié)構(gòu)的瀏覽、操作與分析。將該技術(shù)應(yīng)用到風(fēng)能預(yù)報技術(shù)中，可以對風(fēng)能方面的地理信息進行全面準確地采集、管理、儲存、分析、處理、顯示以及描述，以此來全面提升風(fēng)能預(yù)報的準確度。

2 GIS 技術(shù)在當今風(fēng)能預(yù)報技術(shù)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

就目前的情況來看，GIS 技術(shù)在國外的風(fēng)能預(yù)報技術(shù)中已經(jīng)得到了非常廣泛的應(yīng)用，比如，在愛爾蘭的Electricity Supply Board系統(tǒng)以及1owa 系統(tǒng)中，GIS 技術(shù)就發(fā)揮著關(guān)鍵性的作用；在美國的氣象服務(wù)系統(tǒng)中，GIS 技術(shù)也得到了科學(xué)應(yīng)用，并幫助風(fēng)能預(yù)報系統(tǒng)達到了時序外推這一功能；葡萄牙將GIS 技術(shù)應(yīng)用到了MORE-CARE 系統(tǒng)中，進而讓馬德里島上風(fēng)電場的實際產(chǎn)出得到了科學(xué)預(yù)測。目前，以GIS 技術(shù)為基礎(chǔ)的風(fēng)能預(yù)報技術(shù)在德國四大電網(wǎng)公司已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，這使得德國境內(nèi)風(fēng)電場中的風(fēng)能預(yù)測率達到了95% 以上[1]。

近年來，我國也開始加大力度對基于GIS 技術(shù)的風(fēng)能預(yù)報技術(shù)進行研究，尤其是在風(fēng)電行業(yè)的不斷發(fā)展中，此方面的研究更是越來越受到社會重視。自2007 年開始，我國的風(fēng)能預(yù)報項目就已經(jīng)開始啟動，通過GIS 技術(shù)在風(fēng)能預(yù)報中的應(yīng)用，讓我國的風(fēng)能預(yù)報在科學(xué)性和準確性方面都實現(xiàn)了不斷的提升。

3 以GIS 為基礎(chǔ)的風(fēng)能預(yù)報技術(shù)應(yīng)用

3.1 WASP 軟件的應(yīng)用

在我國目前的風(fēng)電場風(fēng)能預(yù)報中，最常用的風(fēng)能預(yù)報軟件是產(chǎn)自丹麥的WASP 軟件。通過這款軟件的應(yīng)用，可以讓風(fēng)能參數(shù)與地形之間實現(xiàn)有機結(jié)合，并通過PAPK 模式對風(fēng)能進行計算，同時也對尾波笑一個號對輸出的影響做到了全面考慮。WASP 系統(tǒng)所應(yīng)用的是一個修正形式的矩陣算法，但是這種算法遠遠不足以滿足大型風(fēng)電廠的實際風(fēng)能預(yù)報需求。如果地形風(fēng)場比較復(fù)雜，通過該軟件所獲得的計算結(jié)果也將會存在較大的誤差。而在對普通地形進行風(fēng)場計算的過程中，如果風(fēng)場高度超過10m，風(fēng)速和切邊這兩者之間關(guān)系的計算會更加準確；但是如果風(fēng)場高度在10m 以下，地面上的一些附著物體就會對計算精度造成一定的影響，進而增加計算誤差。

3.2 GIS 環(huán)境下的空間分析模型建立

對于GIS 技術(shù)而言，其核心功能是空間分析。而在通過GIS技術(shù)進行空間分析的過程中，一項關(guān)鍵的內(nèi)容就是空間分析模型的建立。因此在對基于GIS 技術(shù)的風(fēng)能預(yù)報技術(shù)進行研究的過程中，實現(xiàn)GIS 環(huán)境下的空間分析模型建立是保障GIS 技術(shù)功能充分發(fā)揮的一條必經(jīng)之路。而如何通過GIS 技術(shù)的有效利用來分析和預(yù)測模型功能以及空間動態(tài)則是在對GIS 海量應(yīng)用方法數(shù)據(jù)進行處理的過程中所面臨的一個艱難選擇。因此，在具體的研究過程中，很多專家學(xué)者都提出或者是直接應(yīng)用到了一種以面向?qū)ο笮问降哪Ｐ蜑榛A(chǔ)的表示方法，這種方法不僅可以為GIS 環(huán)境下的模型共享提供支撐，同時也可以實現(xiàn)GIS 環(huán)境下的模型重用與合成[2]。

在這個面向?qū)ο笮问降哪Ｐ椭?，其第一個表示方法的概念屬于模型類的概念，這一概念是在對模型功能性進行摸索的過程中所產(chǎn)生的一組特征相同的模型集合，將這個模型集合合理應(yīng)用到風(fēng)能的預(yù)測中，就可以讓典型的風(fēng)電場獲得到科學(xué)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。其第二個表示方法的概念屬于對象類型的概念，也就是模型實例，它屬于對風(fēng)電場進行實際測量的具體資料。第三個表示方法的概念是模型類型的實例，也即是通過對典型風(fēng)電場所進行的出力情況分析來實現(xiàn)相關(guān)子類的生成，以此來實現(xiàn)對一個風(fēng)電場的具體處理，直到讓一個風(fēng)電機得出預(yù)測出力為止。所以在具體的建模過程中，需要在模型庫內(nèi)構(gòu)造出一個與類和子類有關(guān)的適當結(jié)構(gòu)。

3.3 GIS 技術(shù)在風(fēng)能預(yù)報技術(shù)中的發(fā)展

在基于GIS 的風(fēng)能預(yù)報技術(shù)應(yīng)用過程中，地理信息系統(tǒng)一定要朝著更加智能的GIS 方向?qū)崿F(xiàn)進一步的發(fā)展，這樣就可以提供出更加全面、豐富的空間分析功能，然后將空間分析中的基本算子與對象組合為積木式的空間分析模型。通過最近的研究發(fā)現(xiàn)，在風(fēng)電場區(qū)之內(nèi)，每一年的平均風(fēng)速和地理空間因子之間的相關(guān)關(guān)系都十分顯著，在對每一年的平均風(fēng)速進行目的的過程中，發(fā)現(xiàn)這個模擬風(fēng)速和通過WASP 這款軟件所計算出的風(fēng)資源有著基本相同的大值區(qū)分布情況，但是就其細致的計算結(jié)果來看，通過GIS 技術(shù)所進行的模擬計算會比通過WASP 軟件所進行的計算好很多[3]。

雖然在目前的風(fēng)能預(yù)報技術(shù)中，多元回歸方法的應(yīng)用依然比較普遍，GIS 技術(shù)的應(yīng)用理論與實踐都相對較少，但是通過相關(guān)研究也足以發(fā)現(xiàn)，將GIS 技術(shù)應(yīng)用到風(fēng)能預(yù)報這一領(lǐng)域中，將會有著十分光明的發(fā)展前景。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在風(fēng)電場中，SCADA（風(fēng)電場數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)）已經(jīng)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。尤其是在地形比較復(fù)雜的環(huán)境中，該系統(tǒng)對于地理信息系統(tǒng)有著非常高的要求，在這樣的情況下，將GIS 技術(shù)合理應(yīng)用到這一系統(tǒng)中，將會為該系統(tǒng)應(yīng)用效果的提升帶來非常顯著的優(yōu)勢。

4 結(jié)語

綜上，在風(fēng)電行業(yè)的發(fā)展過程中，風(fēng)能預(yù)報的作用十分關(guān)鍵。因此，為保障風(fēng)能預(yù)報的科學(xué)與準確性，研究人員應(yīng)加大力度對GIS 技術(shù)在風(fēng)能預(yù)報中的應(yīng)用進行研究，以此來提升風(fēng)電場測量和風(fēng)能預(yù)報效果。