風(fēng)速風(fēng)功率短期預(yù)測研究ppt課件

1、風(fēng)速風(fēng)功率短期預(yù)測研討風(fēng)速風(fēng)功率短期預(yù)測研討答答 辯辯 人：人：導(dǎo)導(dǎo) 師：師：指點教師：時指點教師：時 間：間：2019.05.172019.05.17主要內(nèi)容主要內(nèi)容課題研討內(nèi)容課題研討內(nèi)容課題總結(jié)與展望課題總結(jié)與展望課題研討背景及意義課題研討背景及意義主要任務(wù)和成果主要任務(wù)和成果3 123 34課題研討背景及意義課題研討背景及意義n 研討背景研討背景n 風(fēng)能是一種可再生新能源風(fēng)能是一種可再生新能源n 風(fēng)電成為目前最有前景的發(fā)電方式風(fēng)電成為目前最有前景的發(fā)電方式n 大規(guī)模風(fēng)電接入電網(wǎng)大規(guī)模風(fēng)電接入電網(wǎng)n 研討意義研討意義n 合理優(yōu)化調(diào)度，降低本錢合理優(yōu)化調(diào)度，降低本錢n 為風(fēng)力發(fā)電提高市場競

2、爭力為風(fēng)力發(fā)電提高市場競爭力n 對風(fēng)電場的運轉(zhuǎn)和維護提供合理參考對風(fēng)電場的運轉(zhuǎn)和維護提供合理參考課題研討內(nèi)容課題研討內(nèi)容WRF方式方式功率曲線功率曲線BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)遺傳算法遺傳算法風(fēng)速短期預(yù)測風(fēng)速短期預(yù)測軟件框架，控制方程，軟件框架，控制方程，坐標(biāo)方案，時間積分，坐標(biāo)方案，時間積分，物理過程方案物理過程方案二進制格式輸出二進制格式輸出文件，文件，GrADS分分析顯示析顯示W(wǎng)RF方式風(fēng)速預(yù)測流程圖方式風(fēng)速預(yù)測流程圖 nWRF方式方式n天氣研討與預(yù)告方式天氣研討與預(yù)告方式(Weather Research and Forecasting Model, WRF)是為業(yè)務(wù)預(yù)告和大氣研討的是為業(yè)務(wù)

3、預(yù)告和大氣研討的需求所設(shè)計的新一代的中尺度數(shù)值天氣預(yù)測系統(tǒng)。需求所設(shè)計的新一代的中尺度數(shù)值天氣預(yù)測系統(tǒng)。完成模擬區(qū)域的選完成模擬區(qū)域的選取、初始參數(shù)設(shè)置取、初始參數(shù)設(shè)置不同物理過程方案不同物理過程方案n均方根誤差(Root Mean Square Error, RMSE)和平均絕對誤差(Mean Absolute Error, MAE)是各種誤差目的中比較常用的兩種211()NiiieppN211NiiieppN不同物理過程方案不同物理過程方案n采用山東省安城風(fēng)電場SCADA觀測數(shù)據(jù)作為根據(jù)，與WRF方式預(yù)測出來的風(fēng)速數(shù)據(jù)進展對比分析。n運用WRF方式對該風(fēng)場2019年3月15日的風(fēng)速分別進展

4、提早12h和24h不同時間尺度的預(yù)測，輸出時間間隔為分別取為15min和30min。微物理過程方案微物理過程方案02468101234567891011時 間 (h)風(fēng)速(m/s)20130315風(fēng) 電 場 12小 時 風(fēng) 速 預(yù) 測實 測 數(shù) 據(jù)WSM3預(yù) 測 數(shù) 據(jù)Lin預(yù) 測 數(shù) 據(jù)Ferrier預(yù) 測 數(shù) 據(jù)02468101234567891011時 間 (h)風(fēng)速(m/s)20130315風(fēng) 電 場 12小 時 風(fēng) 速 預(yù) 測實 測 數(shù) 據(jù)WSM3預(yù) 測 數(shù) 據(jù)Lin預(yù) 測 數(shù) 據(jù)Ferrier預(yù) 測 數(shù) 據(jù)051015202502468101214時 間 (h)風(fēng)速(m/s)201

5、30315風(fēng) 電 場 24小 時 風(fēng) 速 預(yù) 測實 測 數(shù) 據(jù)WSM3預(yù) 測 數(shù) 據(jù)Lin預(yù) 測 數(shù) 據(jù)Ferrier預(yù) 測 數(shù) 據(jù)051015202502468101214時 間 (h)風(fēng)速(m/s)20130315風(fēng) 電 場 24小 時 風(fēng) 速 預(yù) 測實 測 數(shù) 據(jù)WSM3預(yù) 測 數(shù) 據(jù)Lin預(yù) 測 數(shù) 據(jù)Ferrier預(yù) 測 數(shù) 據(jù)15min時間間隔輸出時間間隔輸出 30min時間間隔輸出時間間隔輸出 陸面過程方案陸面過程方案02468101234567891011時 間 (h)風(fēng)速(m/s)20130315風(fēng) 電 場 12小 時 風(fēng) 速 預(yù) 測實 測 數(shù) 據(jù)Lin+NoahLin+熱

6、量 擴 散Ferrier+NoahFerrier+熱 量 擴 散02468101234567891011時 間 (h)風(fēng)速(m/s)20130315風(fēng) 電 場 12小 時 風(fēng) 速 預(yù) 測實 測 數(shù) 據(jù)Lin+NoahLin+熱 量 擴 散Ferrier+NoahFerrier+熱 量 擴 散0510152025024681012時 間 (h)風(fēng)速(m/s)20130315風(fēng) 電 場 24小 時 風(fēng) 速 預(yù) 測實 測 數(shù) 據(jù)Lin+NoahLin+熱 量 擴 散Ferrier+NoahFerrier+熱 量 擴 散0510152025024681012時 間 (h)風(fēng)速(m/s)20130315

7、風(fēng) 電 場 24小 時 風(fēng) 速 預(yù) 測實 測 數(shù) 據(jù)Lin+NoahLin+熱 量 擴 散Ferrier+NoahFerrier+熱 量 擴 散15min時間間隔輸出時間間隔輸出 30min時間間隔輸出時間間隔輸出 邊境層方案邊境層方案 0246810123456789101112時 間 (h)風(fēng)速(m/s)20130315風(fēng) 電 場 12小 時 風(fēng) 速 預(yù) 測實 測 數(shù) 據(jù)Lin+Noah+YSULin+Noah+TKEFerrier+Noah+YSUFerrier+Noah+TKELin+熱 量 擴 散 +YSULin+熱 量 擴 散 +TKEFerrier+熱 量 擴 散 +YSUFer

8、rier+熱 量 擴 散 +TKE0246810123456789101112時 間 (h)風(fēng)速(m/s)20130315風(fēng) 電 場 12小 時 風(fēng) 速 預(yù) 測實 測 數(shù) 據(jù)Lin+Noah+YSULin+Noah+TKEFerrier+Noah+YSUFerrier+Noah+TKELin+熱 量 擴 散 +YSULin+熱 量 擴 散 +TKEFerrier+熱 量 擴 散 +YSUFerrier+熱 量 擴 散 +TKE0510152025024681012時 間 (h)風(fēng)速(m/s)20130315風(fēng) 電 場 24小 時 風(fēng) 速 預(yù) 測實 測 數(shù) 據(jù)Lin+Noah+YSULin+No

9、ah+TKEFerrier+Noah+YSUFerrier+Noah+TKELin+熱 量 擴 散 +YSULin+熱 量 擴 散 +TKEFerrier+熱 量 擴 散 +YSUFerrier+熱 量 擴 散 +TKE0510152025024681012時 間 (h)風(fēng)速(m/s)20130315風(fēng) 電 場 24小 時 風(fēng) 速 預(yù) 測實 測 數(shù) 據(jù)Lin+Noah+YSULin+Noah+TKEFerrier+Noah+YSUFerrier+Noah+TKELin+熱 量 擴 散 +YSULin+熱 量 擴 散 +TKEFerrier+熱 量 擴 散 +YSUFerrier+熱 量 擴 散

10、 +TKE15min時間間隔輸出時間間隔輸出 30min時間間隔輸出時間間隔輸出 積云對流方案積云對流方案 02468101234567891011時 間 (h)風(fēng)速(m/s)20130315風(fēng) 電 場 12小 時 風(fēng) 速 預(yù) 測實 測 數(shù) 據(jù)Lin+Noah+TKE+Kain-FritschLin+Noah+TKE+Grell-DevenyiFerrier+熱 量 擴 散 +YSU+Kain-FritschFerrier+熱 量 擴 散 +YSU+Grell-Devenyi02468101234567891011時 間 (h)風(fēng)速(m/s)20130315風(fēng) 電 場 12小 時 風(fēng) 速 預(yù)

11、測實 測 數(shù) 據(jù)Lin+Noah+TKE+Kain-FritschLin+Noah+TKE+Grell-DevenyiFerrier+熱 量 擴 散 +YSU+Kain-FritschFerrier+熱 量 擴 散 +YSU+Grell-Devenyi0510152025024681012時 間 (h)風(fēng)速(m/s)20130315風(fēng) 電 場 24小 時 風(fēng) 速 預(yù) 測實 測 數(shù) 據(jù)Lin+Noah+TKE+Kain-FritschLin+Noah+TKE+Grell-DevenyiFerrier+熱 量 擴 散 +YSU+Kain-FritschFerrier+熱 量 擴 散 +YSU+Gr

12、ell-Devenyi0510152025024681012時 間 (h)風(fēng)速(m/s)20130315風(fēng) 電 場 24小 時 風(fēng) 速 預(yù) 測實 測 數(shù) 據(jù)Lin+Noah+TKE+Kain-FritschLin+Noah+TKE+Grell-DevenyiFerrier+熱 量 擴 散 +YSU+Kain-FritschFerrier+熱 量 擴 散 +YSU+Grell-Devenyi15min時間間隔輸出時間間隔輸出 30min時間間隔輸出時間間隔輸出 結(jié)果分析結(jié)果分析n不同時間尺度下可以組合不同的物理過程方案對風(fēng)速進展預(yù)測，選取不同的輸出時間間隔也會得到不同的預(yù)測結(jié)果。n15min的輸

13、出時間間隔已能滿足方式預(yù)測風(fēng)速的需求。n由于地形和環(huán)境等要素，方式的預(yù)測精度與所選取的初始條件和邊境條件有更為直接的依賴關(guān)系。不同嵌套方案不同嵌套方案n嵌套分辨率n分別進展單層方式和3層嵌套方式不同方案的預(yù)測，程度網(wǎng)格分辨率單層方式設(shè)置為8km，嵌套方式設(shè)置為45km，15km和5km。單層方式區(qū)域風(fēng)向桿圖單層方式區(qū)域風(fēng)向桿圖 三層嵌套方式最內(nèi)層區(qū)域風(fēng)向桿圖三層嵌套方式最內(nèi)層區(qū)域風(fēng)向桿圖 不同嵌套方案不同嵌套方案02468101234567891011時 間 (h)風(fēng)速(m/s)20130315風(fēng) 電 場 12小 時 風(fēng) 速 預(yù) 測實 測 數(shù) 據(jù)預(yù) 測 數(shù) 據(jù)嵌 套 數(shù) 據(jù)0510152025

14、02468101214時 間 (h)風(fēng)速(m/s)20130315風(fēng) 電 場 24小 時 風(fēng) 速 預(yù) 測實 測 數(shù) 據(jù)預(yù) 測 數(shù) 據(jù)嵌 套 數(shù) 據(jù)0246810122468101214時 間 (h)風(fēng)速(m/s)20130317風(fēng) 電 場 12小 時 風(fēng) 速 預(yù) 測實 測 數(shù) 據(jù)預(yù) 測 數(shù) 據(jù)嵌 套 數(shù) 據(jù)05101520252468101214161820時 間 (h)風(fēng)速(m/s)20130317風(fēng) 電 場 24小 時 風(fēng) 速 預(yù) 測實 測 數(shù) 據(jù)預(yù) 測 數(shù) 據(jù)嵌 套 數(shù) 據(jù)不同嵌套方案不同嵌套方案預(yù)測數(shù)據(jù)與實測數(shù)據(jù)的誤差預(yù)測數(shù)據(jù)與實測數(shù)據(jù)的誤差(m/s)n 符合歐洲風(fēng)能預(yù)告方案結(jié)果 n

15、能否需求添加嵌套層數(shù)以提高預(yù)測精度需視詳細(xì)情況而定 風(fēng)功率短期預(yù)測風(fēng)功率短期預(yù)測n在對風(fēng)速預(yù)測的根底上，采用兩種方法對輸出功率進展預(yù)測。n功率曲線：風(fēng)力發(fā)電機組功率曲線是反映風(fēng)速與輸出功率之間關(guān)系的曲線。00( )( )0ipirrrccv vf vvv vP vPvv vv v 15101.3kPa(,)n 風(fēng)力發(fā)電機組輸出特性05101520252030405060708090風(fēng) 速 (m/s)功率(MW)擬 合 功 率 曲 線直 接 法比 恩 法最 大 值 法冪 函 數(shù) 法05101520250102030405060708090風(fēng) 速 (m/s)功率(MW)標(biāo) 準(zhǔn) 功 率 曲 線風(fēng)功率

16、短期預(yù)測風(fēng)功率短期預(yù)測BP算法的預(yù)測流程算法的預(yù)測流程 v確定網(wǎng)絡(luò)層數(shù)v預(yù)備樣本數(shù)據(jù)，并進展歸一化處置。 v確定隱含層神經(jīng)元數(shù)目(4) 經(jīng)過設(shè)置訓(xùn)練參數(shù)，網(wǎng)絡(luò)進展訓(xùn)練學(xué)習(xí)，到達設(shè)定誤差值為目的。 訓(xùn)練函數(shù)：trainlm學(xué)習(xí)率：0.07期望誤差：0.02隱含層和輸出層傳送函數(shù)為logsig和purelin (5) 用測試樣本進展預(yù)測。 3層層試湊法試湊法 n BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)0510152025020406080100120時 間 (h)功率(MW)風(fēng) 功 率 預(yù) 測實 測 功 率直 接 法比 恩 法最 大 值 法冪 函 數(shù) 法神 經(jīng) 網(wǎng) 絡(luò) 法風(fēng)功率短期預(yù)測風(fēng)功率短期預(yù)測05101520

17、252468101214161820時 間 (h)風(fēng)速(m/s)20130317風(fēng) 電 場 24小 時 風(fēng) 速 預(yù) 測實 測 數(shù) 據(jù)預(yù) 測 數(shù) 據(jù)目前，電力系統(tǒng)要求短期風(fēng)電功率預(yù)測的均方根誤差應(yīng)在15%左右，普通不能超越20%，而國外短期功率預(yù)測所采用的平均絕對誤差規(guī)范也已到達10%15%。 本文預(yù)備的訓(xùn)練輸入、輸出數(shù)據(jù)分別是安城風(fēng)場3月15日的實測風(fēng)速和輸出功率數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)均為間隔15min的24小時數(shù)據(jù)，共97組。0510152025303540455000.511.522.53遺 傳 代 數(shù)誤差的變化進 化 過 程風(fēng)功率短期預(yù)測風(fēng)功率短期預(yù)測遺傳算法誤差進化曲線遺傳算法誤差進化曲線 遺傳算法運算流程圖遺傳算法運算流程圖 2.70092.5013n 遺傳算法遺傳算法任務(wù)總結(jié)與展望任務(wù)總