專利名稱：一種基于模型校正的風電功率預測預報系統(tǒng)及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種風電功率預測預報系統(tǒng)及方法，尤其涉及一種基于模型校正的風電功率預測預報系統(tǒng)及方法。
背景技術：
在我國新增風電場裝機容量迅速上升的時期，風電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對電網(wǎng)安全和調(diào)度造成了困難。為了滿足電網(wǎng)需要，提高風電利用效率，國家相關部門出臺了一系列標準和要求，風電功率預報系統(tǒng)在各個大型風場的安裝使用勢在必行。
目前，我國風電產(chǎn)業(yè)發(fā)展時間較短，業(yè)界主要的風功率預測方法和預報系統(tǒng)都處在摸索和初級發(fā)展階段。根據(jù)國家相關部門的規(guī)定，現(xiàn)有風電功率預報系統(tǒng)的考核主要從準確率、上報率和合格率3個指標衡量。其中的準確率和合格率取決于預報功率數(shù)據(jù)和實際功率數(shù)據(jù)的誤差。業(yè)界主流風功率預報的流程涉及數(shù)值天氣模擬，風場測風塔數(shù)據(jù)預測， 風電場產(chǎn)能預測等幾個主要環(huán)節(jié)。上述每個環(huán)節(jié)的輸出結(jié)果會作為其下個環(huán)節(jié)的輸入?yún)?shù)，任何一個環(huán)節(jié)的模型誤差將被帶入至下一個環(huán)節(jié)中去。這其中幾個主要的模型誤差有數(shù)值天氣模擬誤差，測風塔、風機風速計量誤差，測風塔數(shù)據(jù)和數(shù)值天氣預報數(shù)據(jù)關聯(lián)性分析誤差，測風塔測風數(shù)據(jù)代表性，風機功率曲線偏差，風場產(chǎn)能折減估計誤差等。
風電功率預測是較為復雜的物理模擬過程。業(yè)界的主流風電功率預測系統(tǒng)的模型參數(shù)一般是 不可調(diào)整的，所以其預測結(jié)果準確率隨項目變更很難保證。
目前業(yè)界風電功率預報系統(tǒng)的存在幾個主要問題有
I、直接采用代表性測風塔預測數(shù)據(jù)預測整個風電場功率采用這種方法的前提假設是測風塔的風速、風向、溫度、氣壓等測量數(shù)據(jù)要具有相當?shù)拇硇?，可以代表風場每個風機的點的風速、風向等數(shù)據(jù)；在復雜地形風電場，測風塔風況并不能代替所有風機點的風況，若在這種情況下仍直接采用測風塔預測數(shù)據(jù)預測風電場功率，其結(jié)果將和實際情況相差較遠。
2、采用廠家的保證風電機組功率曲線預測風電場功率在實際風場中，風機的實際功率曲線和理論功率曲線存在差異，這主要是由于實際風場的風機工況和理論測試條件下的工況存在較大的差異，另外，風機的機艙風速功率曲線(NACP)和實際功率曲線也有所差異，在業(yè)界部分風功率預報系統(tǒng)中直接采用廠家提供的功率曲線開展預測，其結(jié)果準確度難以保證。
3、風電場各項折減系數(shù)估計依靠工程經(jīng)驗在一個特定的風場里，客觀存在著折減系數(shù)，主要包含機組可利用率、功率曲線、環(huán)境因子等。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種基于模型校正的風電功率預測預報系統(tǒng)及方法，能有效的減小測風塔預測風況數(shù)據(jù)、風電功率曲線、風電場各項折減系數(shù)引發(fā)的上述數(shù)據(jù)在各種模型應用過程中的誤差。
本發(fā)明解決上述技術問題的技術方案如下一種基于模型校正的風電功率預測預報系統(tǒng)，包括數(shù)值天氣預報服務器、風機、測風塔、風功率預報服務器、數(shù)據(jù)庫服務器、風功率預報系統(tǒng)客戶端，所述風功率預報服務器通過Internet (因特網(wǎng))或?qū)＞€分別與數(shù)值天氣預報服務器、風機、測風塔相連，所述數(shù)據(jù)服務器與風功率預報服務器相連，所述風功率預報系統(tǒng)客戶端與所述數(shù)據(jù)庫服務器相連；風功率預報服務器通過Internet或?qū)＞€方式獲取數(shù)值天氣預報服務系統(tǒng)的數(shù)值天氣預報數(shù)據(jù)、測風塔的氣象數(shù)據(jù)、風機的實時運行信息以及電網(wǎng)下達的限電調(diào)度指令信息對風電功率進行預報，風功率預報服務器將預報結(jié)果存儲到數(shù)據(jù)庫服務器上并實時將預報結(jié)果采用國家電網(wǎng)E格式上傳到電網(wǎng)安全區(qū)II /III區(qū)。
一種基于模型校正的風電功率預測預報方法，首先利用氣象部門提供的數(shù)值氣象預報模型，對風電場的天氣情況(主要包括風速、風向、氣溫、氣壓、濕度等參數(shù))進行預測， 建立實時預測模型，將數(shù)值氣象預報模型的預測值轉(zhuǎn)化成風電場的功率輸出。具體地，將 WRF (天氣預報模式)預報的模擬風速MOS (模式輸出統(tǒng)計方法)校正到測風塔點的預測風況，測風塔點的預測風況是由測風塔預測的，然后由測風塔點的預測風況校正至風機點的預測風況，將風機點的預測風況與經(jīng)校正的風電功率預測模型得到風電場預測理論功率， 再結(jié)合風電場折減系數(shù)校正后的結(jié)果得出風電場預測的實際功率。
所述風機點的預測風況校正利用測風塔點預測風況結(jié)合測風塔和風機歷史數(shù)據(jù)通過MCP (先測量再關聯(lián)最后預測)方法建立關聯(lián)，將測風塔處預測風況校正到風機位點預測風況，MCP方法為假定同期測風塔和風機數(shù)據(jù)的關系能夠被數(shù)學模擬，例如線性和非線性回歸、方差比方法。
所述校正的風電功率預測模型為實際風功率曲線，所述風電功率預測模型校正的主要流程為首先通過風機理論功率曲線進行風機機艙功率曲線測試和功率系數(shù)計算，然后將風機點的預測風況代入風機機艙功率曲線中結(jié)合功率系數(shù)得出實際風機功率；所述功率系數(shù)采用回算歷史風機機艙有效風速數(shù)據(jù)代入理論功率曲線的產(chǎn)能和實際產(chǎn)能的差異來計算，其中，有效風速數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)剔除的原則主要有1、風速等外部條件超出風機的工作范圍，2、外部條件超出測試設備的工作范圍，3、風機不能上網(wǎng)，4風機輸出功率收到如電網(wǎng)等外部條件的限制，5、測試設備失效或者性能降低，6、IOmin平均風速超出了測量的扇區(qū)以外，7、風速超出了機艙風速轉(zhuǎn)移函數(shù)的合理范圍。
所述風電場折減系數(shù)校正包括可利用率校正、電氣損失校正、環(huán)境影響損失校正；
所述可利用率校正包括時間可利用率校正和產(chǎn)能可利用率校正，所述時間可利用率校正是通過分析風機數(shù)據(jù)系統(tǒng)中對歷史的事件記錄信息，結(jié)合不同工況所占的時間來校正各個風機的時間可利用率，其定義為一段時期內(nèi)風電機組在正常工況下運行時間的百分比；所述產(chǎn)能可利用率校正包含評估風電機組的潛在產(chǎn)能、計算風電機組的實際產(chǎn)能，利用風機機艙風速經(jīng)過轉(zhuǎn)換為無擾流上風向風速后，代入功率曲線測試中的實際功率曲線計算風電機組的潛在產(chǎn)能，產(chǎn)能可利用計算用公式表達為
權利要求
1.一種基于模型校正的風電功率預測預報系統(tǒng)，其特征在于包括數(shù)值天氣預報服務器、風機、測風塔、風功率預報服務器、數(shù)據(jù)庫服務器、風功率預報系統(tǒng)客戶端，所述風功率預報服務器通過Internet或?qū)＞€分別與數(shù)值天氣預報服務器、風機、測風塔相連，所述數(shù)據(jù)服務器與風功率預報服務器相連，所述風功率預報系統(tǒng)客戶端與所述數(shù)據(jù)庫服務器相連。
2.一種基于模型校正的風電功率預測預報方法，其特征在于首先將數(shù)值天氣預報模式預報的模擬風速校正到測風塔點的預測風況；然后由測風塔點的預測風況校正至風機點的預測風況，風機點的預測風況與經(jīng)校正的風電功率預測模型得到風電場預測理論功率，再結(jié)合風電場折減系數(shù)校正后的結(jié)果得出風電場預測的實際功率。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種基于模型校正的風電功率預測預報方法，其特征在于 所述測風塔預測風況數(shù)據(jù)校正利用測風塔點預測風況、測風塔歷史數(shù)據(jù)和風機歷史數(shù)據(jù)通過先測量再關聯(lián)最后預測的方法建立風速風向之間的關聯(lián)，將測風塔處預測風況校正到風機點預測風況。
4.根據(jù)權利要求2或3所述的一種基于模型校正的風電預測預報方法，其特征在于 所述風電功率預測模型校正的主要流程為首先通過風機理論功率曲線進行風機機艙功率曲線測試和功率系數(shù)計算，然后將風機點的預測風況代入風機機艙功率曲線中結(jié)合功率系數(shù)得出實際風機功率。
5.根據(jù)權利要求4所述的一種基于模型校正的風電功率預測預報方法，其特征在于 所述功率系數(shù)采用回算歷史風機機艙有效風速數(shù)據(jù)代入理論功率曲線的產(chǎn)能和實際產(chǎn)能的差異來計算。
6.根據(jù)權利要求2或3所述的一種基于模型校正的風電功率預測預報方法，其特征在于所述風電場折減系數(shù)校正包括可利用率校正、電氣損失校正、環(huán)境影響損失校正；所述可利用率校正包括時間可利用率校正和產(chǎn)能可利用率校正，所述時間可利用率校正是通過分析風機數(shù)據(jù)系統(tǒng)中對歷史的事件記錄信息，結(jié)合不同工況所占的時間來校正各個風機的時間可利用率；所述產(chǎn)能可利用率校正包含評估風電機組的潛在產(chǎn)能、計算風電機組的實際差能，利用風機機艙風速經(jīng)過轉(zhuǎn)換為無擾流上風向風速后，代入功率曲線測試中的實際功率曲線計算風電機組的潛在產(chǎn)能，產(chǎn)能可利用率計算用公式表達為PP _ actual availPotential其中，Pavail為產(chǎn)能可利用率，Ppotential為潛在產(chǎn)能，PactUal為實際產(chǎn)能，結(jié)合風機監(jiān)控系統(tǒng)提供的風機運行狀態(tài)信息，基于信息分類的理論，對不同狀態(tài)下的風機潛在產(chǎn)能和實際產(chǎn)能開展評估，進而計算可利用率的季節(jié)變化規(guī)律；所述電氣損失校正采用獲取風電場出口端電能計量器的電量，計算風電場風電機組的總發(fā)電量，這兩個量的比值即為電氣損失的折減；所述環(huán)境影響損失校正首先假設風機在沒有超出環(huán)境限制的條件下計算產(chǎn)能，再引入該項環(huán)境因子后再次計算產(chǎn)能。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于模型校正的風電功率預測預報系統(tǒng)及方法，基于模型校正的風電功率預測預報系統(tǒng)，包括數(shù)值天氣預報服務器、風機、測風塔、風功率預報服務器、數(shù)據(jù)庫服務器、風功率預報系統(tǒng)客戶端；基于模型校正的風電功率預測預報方法，首先利用氣象部門提供的數(shù)值氣象預報模型，對風電場的天氣情況進行預測，然后建立實時預測模型，將數(shù)值氣象預報模型的預測值轉(zhuǎn)化成風電場的功率輸出，采用此系統(tǒng)和方法減小了各種模型誤差，保證了預報結(jié)果的準確率。
文檔編號G06Q50/06GK102945508SQ201210391408
公開日2013年2月27日 申請日期2012年10月15日 優(yōu)先權日2012年10月15日
發(fā)明者葉毅, 李思亮 申請人:風脈(武漢)可再生能源技術有限責任公司