風(fēng)電場超短期風(fēng)功率預(yù)測問題研究

風(fēng)電場超短期風(fēng)功率預(yù)測問題研究摘要：風(fēng)電場的發(fā)電效果受風(fēng)能的影響作用巨大，隨著并網(wǎng)風(fēng)電場裝機(jī)容量不斷增加，風(fēng)力發(fā)電對電網(wǎng)調(diào)峰能力的不良作用日益突出。風(fēng)電場的超短期風(fēng)功率預(yù)測研究是解決風(fēng)電場發(fā)電穩(wěn)定性的關(guān)鍵技術(shù)之一，以河北省某風(fēng)電場為例，采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算模型對超短期風(fēng)功率進(jìn)行預(yù)測，通過調(diào)整輸入層數(shù)據(jù)對預(yù)測方法及預(yù)測的結(jié)果進(jìn)行分析，結(jié)果表明，隨著時(shí)間的增長，風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)對超短期功率預(yù)測準(zhǔn)確率影響降低，長時(shí)間的風(fēng)電場超短期風(fēng)預(yù)測功率準(zhǔn)確率主要依賴數(shù)值天氣預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率。通過對風(fēng)電場運(yùn)行數(shù)據(jù)與超短期功率預(yù)測準(zhǔn)確率的相關(guān)性分析，對提高風(fēng)電場的運(yùn)行效率，提高發(fā)電的效率有良好的應(yīng)用意義，保證風(fēng)電場運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。關(guān)鍵詞:風(fēng)電場超短期風(fēng)功率預(yù)測問題研究引言:根據(jù)國家風(fēng)電信息管理中心發(fā)布的信息顯示，我國風(fēng)電累計(jì)并網(wǎng)容量達(dá)到世界第一，且長期處于首要位置，居高不下，隨著我國風(fēng)電行業(yè)的快速發(fā)展，風(fēng)電場并網(wǎng)情況出現(xiàn)較大問題，由于風(fēng)能的不穩(wěn)定性與不可控性，使得風(fēng)電場的運(yùn)行過程中出現(xiàn)電壓、頻率不穩(wěn)定等問題。對風(fēng)電場超短期風(fēng)功率預(yù)測方法及預(yù)測結(jié)果進(jìn)行分析，有助于提高電網(wǎng)運(yùn)行的效率，增強(qiáng)電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。自十九世紀(jì)來，歐洲就有系列國家開展風(fēng)電場風(fēng)功率預(yù)測技術(shù)研究，目前應(yīng)用較為廣泛的是丹麥與德國技術(shù)研究所聯(lián)合開發(fā)的技術(shù)系統(tǒng)對風(fēng)電場風(fēng)功率的預(yù)測方法，下文就預(yù)測方法及預(yù)測結(jié)果進(jìn)行具體分析。一、預(yù)測方法-統(tǒng)計(jì)結(jié)合方法。物理方法主要是以中尺度數(shù)值天氣預(yù)報(bào)為基礎(chǔ)，通過降尺度的方法建立基于風(fēng)電場的數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模型，從而將風(fēng)速預(yù)測結(jié)果按風(fēng)機(jī)功率曲線轉(zhuǎn)換為功率預(yù)測結(jié)利用非線性回歸統(tǒng)計(jì)模型將歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)演算出預(yù)測數(shù)據(jù)，通過對回歸方程的迭代計(jì)算，使回歸方程得到最優(yōu)解，以此提高預(yù)測的準(zhǔn)確程度。物理-統(tǒng)計(jì)方法是基于數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的物理模型預(yù)測方法，具有良好的適用性，因此在風(fēng)電場中得到廣泛引用。此外，由于地形的復(fù)雜，風(fēng)速的不確定性對預(yù)測準(zhǔn)確性仍有挑戰(zhàn)，因此多種風(fēng)功率預(yù)測技術(shù)仍然在研究開發(fā)過程中。河北省某風(fēng)電場使用的主要風(fēng)功率預(yù)測方法為基于數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的人工神經(jīng)201133臺華銳風(fēng)電機(jī)組的歷史功率數(shù)據(jù)，歷4小時(shí)風(fēng)電場風(fēng)機(jī)功率進(jìn)行預(yù)測，采用此種方法進(jìn)行超短期預(yù)測，需要三層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)主要包括輸入層，隱結(jié)點(diǎn)同時(shí)，也是影響整個(gè)結(jié)果質(zhì)量的關(guān)鍵因素（1）。輸入層內(nèi)容包含三種，第一種為天氣預(yù)報(bào)風(fēng)速、風(fēng)向因子及風(fēng)機(jī)歷史風(fēng)速，第二種內(nèi)容為測風(fēng)塔數(shù)據(jù)、歷史預(yù)測數(shù)據(jù)，第三種為除了上述的兩種外，利用數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的氣溫、空氣密度、氣壓及濕度等因子，綜合因素進(jìn)行預(yù)測，從而提高預(yù)測的準(zhǔn)確程度。輸出層即為風(fēng)電場預(yù)測功率、預(yù)測發(fā)電量等。在對預(yù)測結(jié)果的表達(dá)中，存在相應(yīng)的誤差評估，誤差評估指標(biāo)是指均方根誤差、平均絕對誤差與相關(guān)系數(shù)三個(gè)物理量，在一定指標(biāo)范圍內(nèi)最大限度地反應(yīng)預(yù)測結(jié)果的真實(shí)情況，對提升風(fēng)電場整體的預(yù)測水平、提高風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)使用效率、增強(qiáng)預(yù)測方法的應(yīng)用性及預(yù)測的準(zhǔn)確性具有重要意義。河北省某風(fēng)電場采用的方法即為基于數(shù)值天氣預(yù)報(bào)結(jié)果的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方式，對風(fēng)速等相關(guān)的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行模型輸入，從而得出相應(yīng)的預(yù)測數(shù)據(jù)?？傮w而言，此種方法的應(yīng)用較為廣泛，方法較為簡潔，目前我國對此類方法的理論研究較多，應(yīng)用于后評估的的研究較少，通過發(fā)展預(yù)測方法后評估的研究，對于提升預(yù)測準(zhǔn)確性有良好的示范作用。二、預(yù)測結(jié)果對比分析預(yù)測結(jié)果的對比分析是指使用同樣的統(tǒng)計(jì)方法，通過改變輸入的數(shù)據(jù)來觀察對比發(fā)現(xiàn)隨著預(yù)測時(shí)長的增加，預(yù)測結(jié)果的誤差隨之增加，大致誤差在15%這表明長時(shí)間的風(fēng)電場超短期風(fēng)預(yù)測功率準(zhǔn)確率主要依賴數(shù)值天氣預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率，在進(jìn)行風(fēng)電場超短期風(fēng)功率預(yù)測時(shí)，采用合適的時(shí)間長短，可避免因?yàn)闀r(shí)間等因素導(dǎo)致預(yù)測結(jié)果誤差偏大。此外，通過輸入層改變風(fēng)機(jī)歷史風(fēng)速、風(fēng)向因子，得出的預(yù)測結(jié)果顯示，在輸入層方面考慮風(fēng)機(jī)歷史風(fēng)速有助于提升預(yù)測結(jié)果的準(zhǔn)確程度，這說明在進(jìn)行預(yù)測過程中，輸入層的數(shù)據(jù)越發(fā)詳細(xì)，對于輸出層而言結(jié)果愈發(fā)準(zhǔn)確，精確性越高。預(yù)測結(jié)果直接顯示對未來風(fēng)能的情況掌握，直接決定著風(fēng)電場發(fā)電管理及發(fā)電量情況，在日后對風(fēng)電場的相關(guān)預(yù)測中，積累大量的有效歷史數(shù)據(jù)有助于提高預(yù)測的精確度，有利于提升風(fēng)電場的發(fā)電效率與運(yùn)行效率。當(dāng)在輸入層中輸入空氣密度等數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)現(xiàn)預(yù)測結(jié)果幾乎無影響。這表明，在進(jìn)行風(fēng)電場超短期風(fēng)功率預(yù)測過程中，風(fēng)機(jī)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)、數(shù)值天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)等為主要因素，而空氣密度、濕度并非主要因素，其對結(jié)果的影響較小，甚至可以忽略不計(jì)。在進(jìn)行預(yù)測過程中，需要對多種因素進(jìn)行綜合分析，對于影響較大同樣需要進(jìn)行控制，防止變量過多使得預(yù)測結(jié)果的準(zhǔn)確性降低。同時(shí)，對于誤差的分析，單臺風(fēng)機(jī)與多臺風(fēng)機(jī)的差別同樣會造成功率預(yù)測的準(zhǔn)確性降低，針對上述的問題，合理控制輸入數(shù)據(jù)，并保證數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠，實(shí)現(xiàn)提前預(yù)測風(fēng)電功率的波動，有利于風(fēng)電場進(jìn)行有效調(diào)度和科學(xué)管理，增強(qiáng)風(fēng)電場的工作效率，提高風(fēng)電場的發(fā)電質(zhì)量。三、結(jié)語本文以河北省某風(fēng)電場為例，通過基于數(shù)值天氣預(yù)報(bào)結(jié)果的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測方法進(jìn)行超短期風(fēng)功率預(yù)測，對風(fēng)電場中的數(shù)據(jù)及相關(guān)影響因素進(jìn)行分析，通從而增強(qiáng)風(fēng)電場超短期功率預(yù)測的可靠性與準(zhǔn)確性，有利于風(fēng)電場進(jìn)行有效調(diào)度和科學(xué)管理。主要結(jié)論包括：有效的風(fēng)機(jī)的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)、風(fēng)速風(fēng)向因子及數(shù)值天氣預(yù)報(bào)等數(shù)據(jù)可以提條件，從而提升風(fēng)電場發(fā)電管理工作效率與質(zhì)量。長時(shí)間的風(fēng)電場超短期風(fēng)預(yù)測功率準(zhǔn)確率主要依賴數(shù)值天氣預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率。對于該風(fēng)電場而言，和空氣密度等因素相比，風(fēng)機(jī)歷史風(fēng)速、風(fēng)向因子才小。在實(shí)際操作過程中，可忽略此因素的變化導(dǎo)致預(yù)測精度的變化?？傊?，在對風(fēng)電場進(jìn)行超短期風(fēng)功率預(yù)測時(shí)，需要綜合考慮輸入量。對輸入量的數(shù)據(jù)了解愈多，則對風(fēng)功率進(jìn)行估算的準(zhǔn)確度愈高，從而可以提前預(yù)測風(fēng)電功率的波動，有利于風(fēng)電場進(jìn)行有效調(diào)度和科學(xué)管理，提高風(fēng)電場的發(fā)電質(zhì)量以及電網(wǎng)接納風(fēng)電的能力，保證風(fēng)電場運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。參考文獻(xiàn)：張濤,孫曉偉,,李振興.QPSO-LSSVM[J].中國電力,2016,49(03):183-187.王文剛,劉建鵬武環(huán)宇,陶亮,張節(jié)潭.風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)的應(yīng)用與優(yōu)化的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