新能源風(fēng)光發(fā)電預(yù)測技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用研究

霍云龍

摘要： 新能源中的風(fēng)力發(fā)電和光伏電力發(fā)電不僅具有能源隨機(jī)性、湍流性和能源性別確定性等決定性的基本特點(diǎn)，在現(xiàn)代電網(wǎng)建設(shè)運(yùn)行管理過程中也同樣具有一定的慣性特點(diǎn)。因此應(yīng)特別注意準(zhǔn)確性地預(yù)測新一代能源的風(fēng)力和光伏電力發(fā)電。通過研究總結(jié)和分析研究關(guān)于風(fēng)力發(fā)電和光伏電力發(fā)電的一般輸出能源曲線基本特征，總結(jié)了關(guān)于風(fēng)力發(fā)電和光伏電力發(fā)電的一般能源輸出曲線特征，提出了關(guān)于風(fēng)力發(fā)電和光伏電力發(fā)電能源預(yù)測的一個基本思路。首先考慮一般的能源預(yù)測工作過程。

關(guān)鍵詞：新能源;風(fēng)光發(fā)電技術(shù);應(yīng)用

引言

為了充分滿足并網(wǎng)時間平衡性和運(yùn)行平穩(wěn)特性的基本要求，有必要重新配置完全不相匹配的縱向旋轉(zhuǎn)率和備用發(fā)電容量，以有效解決風(fēng)能和大型太陽能的運(yùn)行不穩(wěn)定性。特別是在水力發(fā)電和大型太陽能聯(lián)合并網(wǎng)協(xié)同運(yùn)行的運(yùn)營過程中，增加旋轉(zhuǎn)備用發(fā)電容量很容易大大增加其運(yùn)營成本。通過對大型風(fēng)力發(fā)電和大型太陽能并網(wǎng)發(fā)電趨勢進(jìn)行準(zhǔn)確有效的趨勢預(yù)測，可以有效大大降低風(fēng)力電網(wǎng)的縱向旋轉(zhuǎn)率和備用發(fā)電容量，從而有效率地降低風(fēng)力電網(wǎng)的橫向旋轉(zhuǎn)率和備用發(fā)電容量，提高新能源吸收能力。

一、風(fēng)電功率預(yù)測現(xiàn)狀

風(fēng)電風(fēng)能功率模型預(yù)測一般可以包括間接風(fēng)速模型預(yù)測、功率模型曲線導(dǎo)入計算和數(shù)據(jù)模型導(dǎo)入輸出數(shù)據(jù)統(tǒng)計，其中最重要的一種是間接風(fēng)速功率預(yù)測。由于風(fēng)速受各地溫差、壓差、空氣密度和自然地形的因素影響，風(fēng)速已逐漸成為最難準(zhǔn)確預(yù)測的一種氣象歷史參數(shù)。根據(jù)風(fēng)速預(yù)測適用時間段的范圍，風(fēng)電功率預(yù)測一般可以細(xì)分為3～10天的長期時間預(yù)測、6～72小時的中期時間預(yù)測和0～6小時的短期時間預(yù)測。在這些風(fēng)能功率預(yù)測中，最重要的氣象信息因素是這些氣象歷史參數(shù)和整個風(fēng)力發(fā)電場的歷史數(shù)據(jù)。這些氣象歷史參數(shù)主要來自整個風(fēng)電場周圍的氣象測量處理設(shè)備，如電子氣象預(yù)測傳感器和其他氣象部門的實時天氣預(yù)報。在此之前，所有的的風(fēng)電功率預(yù)測都在模型中都可以細(xì)分為間接自動預(yù)測和直接自動預(yù)測。

組合整體預(yù)測數(shù)據(jù)模型分析是一種特殊的綜合統(tǒng)計分析模型。它將多種不同綜合預(yù)測分析技術(shù)的綜合預(yù)測分析結(jié)果有機(jī)結(jié)合應(yīng)用起來，得到最佳的綜合預(yù)測分析結(jié)果。從許多研究者的結(jié)果分析來看，使用一套合適的整體預(yù)測數(shù)據(jù)生成響應(yīng)技術(shù)用來進(jìn)行多方綜合數(shù)據(jù)預(yù)測往往遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于使用任何一方的綜合預(yù)測數(shù)據(jù)生成應(yīng)用技術(shù)。

二、光伏發(fā)電預(yù)測現(xiàn)狀

光伏發(fā)電技術(shù)是一種利用位于半導(dǎo)體電子界面的光伏發(fā)電效應(yīng)將大量太陽能直接轉(zhuǎn)化成為電能的一種技術(shù)。與成熟的風(fēng)力發(fā)電性能預(yù)測系統(tǒng)技術(shù)研究相比，光伏電站發(fā)電性能預(yù)測的技術(shù)研究還只是處于一個起步初的階段，文獻(xiàn)中已經(jīng)提出的研究項目相對較少。一些預(yù)測專家提出如何利用雙向和針對正交小波分解人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計，將雙向小波回歸太陽輻射分解定義為一個小整數(shù)波長的雙向空間遞歸壓縮輻射信號。他們提出利用不斷改進(jìn)的小波遞歸壓縮機(jī)器自動學(xué)習(xí)性能預(yù)測系統(tǒng)算法，利用針對小波回歸壓縮后的空間輻射信號進(jìn)行幅度計算系數(shù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)重新定義的方法和用來準(zhǔn)確預(yù)測人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自動可調(diào)性適應(yīng)小波回歸信號幅度計算系數(shù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提出了一種可以用于不斷提高非線性自動可適應(yīng)小波回歸人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)性能以及預(yù)測處理系統(tǒng)技術(shù)性能的預(yù)測技術(shù)研究方法。一些科學(xué)研究所的工作人員先后兩次提出了直接和間接的性能預(yù)測系統(tǒng)方法并可以用來準(zhǔn)確性地預(yù)測第二天的整個光伏電站性能發(fā)電量級。

三、風(fēng)光發(fā)電預(yù)測技術(shù)的發(fā)展及方法

1、以時間序列法為代表的傳統(tǒng)統(tǒng)計法

時間序列法是利用風(fēng)力發(fā)電的一組基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，按時間順序形成一個數(shù)值序列，并用數(shù)理統(tǒng)計方法對其進(jìn)行處理，實現(xiàn)對未來風(fēng)力發(fā)電的預(yù)測。其基本原則是：首先，通過對歷史數(shù)據(jù)的分析，確定事物的發(fā)展是連續(xù)的，可以推斷未來的發(fā)展趨勢;其次，采用統(tǒng)計分析中的加權(quán)平均法消除隨機(jī)因素的影響。根據(jù)濾波器的特點(diǎn)，常用的時間序列有ar、Ma、ARMA和ARIMA。時間序列法原理簡單，但擴(kuò)展精度較低。一般來說，它只適用于超短期和超短期負(fù)荷預(yù)測。利用馬爾可夫鏈模擬風(fēng)力發(fā)電的隨機(jī)過程。采用連續(xù)波動蒙特卡羅方法對風(fēng)力發(fā)電的時域特性進(jìn)行了建模，并對其性能進(jìn)行了分析。

2、以人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為代表的現(xiàn)代統(tǒng)計預(yù)測法

近年來，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在預(yù)測領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的一個重要本質(zhì)特性問題也就是如何可以利用數(shù)學(xué)分析系統(tǒng)方法用來建立一個數(shù)學(xué)分析系統(tǒng)模型并可以用來準(zhǔn)確預(yù)測模擬各種野生動物人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的各種物理化學(xué)特性。通過分布式的對并行功率信息處理的網(wǎng)絡(luò)反復(fù)綜合訓(xùn)練，不斷優(yōu)化調(diào)整人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中各處理節(jié)點(diǎn)的信息連接處理方式和網(wǎng)絡(luò)權(quán)值，達(dá)到實時預(yù)測和分析處理功率信息的主要目的。常用的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理模型主要種類包括四種FNN前饋算法。BP回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理模型（又例如BLRNN、MPLNN和FNRBFNN）主要用于對通風(fēng)電站的功率信息預(yù)測。通過各種算例研究分析了不同高度和輸入口處的風(fēng)速對于通風(fēng)功率信息預(yù)測處理結(jié)果的直接影響。與目前應(yīng)用最廣泛的兩種FNN算法前饋回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型相比，F(xiàn)NN前饋回歸人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型作為一種特別適用于不同時間長度序列信息預(yù)測的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理模型。

3、組合預(yù)測法

組合預(yù)測方法是考慮兩種或兩種以上單一預(yù)測方法的組合預(yù)測方法。實踐表明，多種預(yù)測方法的結(jié)合是提高景觀預(yù)測精度的重要途徑。組合的類型有：（1）物理預(yù)測方法和統(tǒng)計預(yù)測方法的組合。首先，從數(shù)值天氣預(yù)報中獲取天氣預(yù)報信息，然后進(jìn)行處理和選擇。通過對歷史數(shù)據(jù)的訓(xùn)練和學(xué)習(xí)，將所需數(shù)據(jù)發(fā)送到統(tǒng)計預(yù)測模型中進(jìn)行景觀產(chǎn)量預(yù)測。

結(jié)束語

通過研究和總結(jié)風(fēng)電和光伏輸出曲線的特點(diǎn)，總結(jié)了風(fēng)電和光伏輸出的一般規(guī)律?；谶@些特點(diǎn)，提出了風(fēng)電和光伏發(fā)電預(yù)測的相關(guān)概念和一般過程，并根據(jù)時間尺度、預(yù)測對象和預(yù)測方法對景觀預(yù)測的主要方法進(jìn)行了分類。為了進(jìn)一步提高精度，應(yīng)根據(jù)實際情況采用統(tǒng)計方法等技術(shù)確定風(fēng)速與功率輸出的精確關(guān)系。

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