风电场风功率预测系统研究

第２３卷第７期　２０１３年７月　计算机技术与发展　

ＣＯＭＰＵ　ｒＥＲ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＡＮＤ　ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ　Ｖｏｉ．２３　Ｎｏ．７　Ｊｕｌｙ　２０１３　

风电场风功率预测系统研究　

秦政，包德梅，赖晓路，岳以洋，王媛媛　

（国电南京自动化股份有限公司，江苏南京２１０００３）　

摘要：对风电场发电功率的准确预测，可以有效优化电网调度，使得电网经济运行，同时提高风电场在电力市场中的竞　争能力。文中提出了基于先进统计方法的风电功率预测系统，以高精度数值气象预报为基础，搭建完备的数据库系统，利　用各种通讯接口采集风电场监控数据。提出并实现了“自适应逻辑网络”（ＡＬＮ），为风电场建立功率预测算法引擎，可以　准确预报风电场未来７２小时短期功率负荷，并能针对单台风机、风电场或风机集群进行预测和上报，为风电场管理提供　重要辅助手段。现场运行测试验证了系统在风速预测以及针对不同型号风机风功率预测的可行性和有效性。　关键词：风功率预测；自适应逻辑网络；预测算法引擎；短期预测　中图分类号：ＴＰ３９　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７３—６２９Ｘ（２０１３）０７—００７３一ｏ４　ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３—６２９Ｘ．２０１３．０７．０１８　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ｗｉｎｄ　Ｐｏｗｅｒ　Ｆｏｒｅｃａｓｔ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　Ｗｉｎｄ　Ｆａｒｍｓ　

ＱＩＮ　Ｚｈｅｎｇ，ＢＡＯ　Ｄｅ－ｍｅｉ，ＬＡＩ　Ｘｉａｏ—ｌｕ，ＹＵＥ　Ｙｉ—ｙａｎｇ，ＷＡＮＧ　Ｙｕａｎ—ｙｕａｎ　

（Ｇｕｏｄｉａｎ　Ｎａｎｊｉｎｇ　Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｎａｎｊｉｎｇ　２１０００３，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ａｃｃｕｒａｔｅ　ｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇ　ｆｏｒ　ｗｉｎｄ　ｐｏｗｅｒ　ｏｆ　ｗｉｎｄ　ｆａｒｍｓ　ｃａｎ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ　ｏｐｔｉｍｉｚｅ　ｇｒｉｄ　ｌｏａｄｉｎｇ　ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ　ｔＯ　ｏｂｔａｉｎ　ａｌｌ　ｅｃｏｎｏｍｉｃａｌ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　Ｇｒｉｄ　Ｃｏｍｐａｎｙ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ　ｔｈｅ　ｍａｒｋｅｔ　ｃｏｍｐｅｔｉｔｉｖｅｎｅｓｓ　ｏｆ　ｗｉｎｄ　ｆａｒｍｓ　Ｃａｎ　ｂｅ　ｅｎｈａｎｃｅｄ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｗｉｎｄ　ｐｏｗｅｒ　ｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇ．Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ａｎ　ａｄｖａｎｃｅｄ　ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ　ｍｏｄｅｌ　ｂａｓｅｄ　ｗｉｎｄ　ｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｓｙｓｔｅｍ　ｃｏｌｌｅｃｔｓ　ｈｉｇｈｌｙ　ａｃｃｕｒａｔｅ　ｎｕｍｅｒｉ－　ｃａｌ　ｗｅａｔｈｅｒ　ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ　ｄａｔａ．ａｃｑｕｉｒｅｓ　ｗｉｎｄ　ｆａｒｍ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｄａｔａ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｍｕｌｔｉｐｌｅ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ　ａｎｄ　ｂｕｉｌｄｓ　ｃｏｍｐｌｅｔｅ　ｄａｔａｂａｓｅ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ　Ａｄａｐｔｉｖｅ　Ｌｏｇｉｃ　Ｎｅｔｗｏｒｋ（ＡＬＮ）ｉｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ａｎｄ　ｒｅａｌｉｚｅｄ　ｔｏ　ｂｕｉｌｄ　ｔｈｅ　ｗｉｎｄ　ｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇ　ｍｏｄｅ１．Ｔｈｅ　ｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｅｎｇｉｎｅｉｓ　ａｉｍｅｄｔＯｆｏｒｅｃａｓｔａｎｄ　ｓｕｂｍｉｔ　ｓｈｏｒｔｔｅｒｍｐｏｗｅｒｏｕｔｐｕｔ　ｏｆ７２　ｈｏｕｒｓ　ａｈｅａｄｆｏｒ　ａ　ｓｉｎｇｌｅｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅ．ａｗｉｎｄｆａｒｍ　ｏｒｗｉｎｄ　ｆａｒｍ　ｇｒｏｕｐ．Ｔｈｅ　ｆｉｅｌｄ　ｔｅｓｔｉｎｇ　ｐｒｏｖｅｓ　ｔｈｅ　ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　ｂｏｔｈ　ｗｉｎｄ　ｓｐｅｅｄ　ｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇ　ａｎｄ　ｗｉｎｄ　ｐｏｗｅｒｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇ　ｏｆｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓｗｉｔｈ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｐｏｗｅｒ　ｃａｐａｃｉｔｙ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｗｉｎｄ　ｐｏｗｅｒ　ｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇ；ａｄａｐｔｉｖｅ　ｌｏｇｉｃ　ｎｅｔｗｏｒｋ；ｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｅｎｇｉｎｅ；ｓｈｏｒｔ　ｔｅｒｍ　ｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇ　

基于风力发电的风功率预测综述

随着风力发电的快速发展，风电的穿透功率不断增加，随之带来的系统安全性和电能质量问题也日益凸显。可靠的风功率预测可以有效地提高电力系统的运行稳定性，改善电能质量。本文综述了当前各种风功率预测的方法包括物理方法、统计方法、学习方法等以及他们各自的适用场合，并展望了未来风功率预测的发展方向。

标签：风功率预测；预测方法；发展方向

前言

由于风能是清洁、安全的可再生能源，风力发电在全世界已经进入大规模发展阶段。但由于风电的间歇性和随机性等缺点，随着风电装机容量的逐年增加，风电场穿透功率不断加大，无疑会对电力系统的电能质量造成一定的影响，尤其是大规模风电入网对系统的电能质量，诸如线路的潮流、无功补偿电压和频率带来很多不利影响[1]，并且影响系统旋转备用容量的大小，从而限制了风电的进一步发展。有效的风功率预测方法可以方便调度进行合理的用电安排，提高系统运行的可靠性，一定程度上可以改善风电并网后的系统运行。

1风电场功率预测分类

按照不同的分类标准，风电场功率预测方法分类方式不同。

1.1按预测时间尺度分类

风电场功率的预测，按时间分为长期预测、中期预测、短期预测和特短期预测。

（1）长期预测：以“年”为单位，主要应用于风电场设计的可行性研究，可预测风电场建成之后每年的发电量。这种方法主要是根据气象站提前20年或30年的长期观测资料和风电场测风塔至少一年的测风数据，经过统计分析，再结合风机的功率曲线来预测风电场每年的发电量。

（2）中期预测：以“天”为预测单位。中期预测主要是提前一周对每天得功率进行预测，主要用于安排检修。一般是利用数值天气预报系统的数据进行预测。主要用于安排检修或调试。

（3）短期预测：以“小时”为预测单位。一般是提前1-48小时对功率进行预测，目的是便于电网合理调度，保证供电质量。一般是基于数值天气预报模型和历史数据进行预测。

1.2按预测模型对象分类

按照预测对象的不同，一般可以分為基于风速的预测和基于功率的预测。按预测对象范围的不同，可分为对单台风机功率的预测、对整个风电场功率的预测和对一个较大区域（多个风电场）的预测。

风电场风电功率预测系统介绍　

林春霖　

（福建省水利水电勘测设计研究院，福建福州３５０００１）　

摘要：风电机组出力具有很大的随机性和波动性，大容量风电场接入系统将对电网的运行和电　

能质量产生不利的影响，对电网调度和电力市场的管理带来巨大的压力。风电功率预测系统的　

开发应用是解决风电大规模并网问题的一个重要技术手段，通过风电功率预测将有助于电网调　度部门及时制定合理的日运行方式并准确调整调度计划，保证电力系统的可靠、优质、经济运　

行。该文简要介绍国内目前开发应用的风电功率预测系统，供参考。　

关键词：风电功率预测系统；遥测站；测风塔；自动气象站　

中图分类号：ＴＫ８１　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００２—３０１１（２０１２）０３—００７２—０４　

１　风电功率预测系统在国内发展现状　

随着近几年来国家大力支持和鼓励可再生能源　

的发展，风电产业发展迅猛，风电装机容量越来越　大。受风速变化、紊流及风机塔影效应等影响，风　

电机组出力具有很大的随机性和波动性，大容量风　

电场接入系统将对电网的运行和电能质量产生不利　

的影响，对电网调度和电力市场的管理带来巨大的　

压力。因此，准确预测风电场出力将大大有利于电　

力调度及时调整计划，有效减轻风电对电网的不利　

影响，减少系统的运行成本和旋转备用容量，还能　提高风电场的安全管理和风电机组的发电效率，有　

利于风电产业的良性发展。　

国家电网公司国调中心于２０１０年编制颁布了　

《风电功率预测系统功能规范（试行）》，对风电功　

率预测系统的主要功能如预测时间尺度、信息要求、　

功率预测、统计分析、界面要求、安全防护及性能　

指标等做出具体的规定。国内风电功率预测系统的　

研究开发始于２００８年，目前已有３家通过了相关部　

门专家验收，其中中国电力科学研究院新能源所开　

发的“ＷＰＦＳ　Ｖｅｒ１．０风电功率预测系统”于２００９年　

３月通过专家验收，国网电力科学研究院（南瑞集　

团公司）研发的“ＮＡＲＩ　Ｖ１．０风电出力预测系统”　

风电场有功功率控制系统研究与应用

风电场有功功率控制系统是指通过对风电场中的发电机组进行有功功率控制，以调节风电场的出力，以满足电网负荷需求和电网频率的要求，提高风电场的运行效率和可靠性。在风力发电过程中，风能的变化会导致风电场的输出功率波动较大，会对电网的稳定性产生影响。研究和应用风电场有功功率控制系统，对于提高风电场的出力调节能力和电网稳定性具有重要意义。

风电场有功功率控制系统主要包括机械部分和电气部分两个方面。机械部分主要是通过改变风电场的风轮转速来调节风电场的输出功率，提高发电机组的出力调节能力。电气部分主要是通过控制风电场的电气系统，实现对发电机组输出功率的调节和控制。

风电场有功功率控制系统的研究主要集中在以下几个方面。首先是系统建模与仿真研究。通过对风电场的动态特性进行建模与仿真，可以研究和分析风电场在不同工况下的输出功率特性，为系统的控制策略设计提供依据。其次是控制策略研究。通过研究风电场的控制策略，设计合理的控制算法，实现对发电机组输出功率的精确控制。其中包括风能预测技术、功率调节技术、功率保护技术等。再次是控制系统的优化与改进研究。通过改进和优化风电场有功功率控制系统的结构和性能，提高系统的灵活性和稳定性，以适应电网的需求。最后是应用研究。将研究成果应用到实际风电场中，验证和评估系统的性能和可行性。

风电场有功功率控制系统的研究与应用对于提高风电场的运行效率和电网稳定性具有重要意义。随着风电场的规模的不断扩大和技术的不断进步，风电场有功功率控制系统的研究和应用将会得到进一步的发展和完善。