風電功率預測系統(tǒng)測風塔數(shù)據(jù)測量技術要求

中國電力科學研究院、國網(wǎng)電力科學研究院。

周海、丁杰，吳福保等。

適用于并網(wǎng)運行風電場的功率預測。

《風電功率預測技術與實例分析》是《風力發(fā)電工程技術叢書》之一，較為全面系統(tǒng)地介紹了風電功率預測技術及其應用情況。其內(nèi)容主要包括：風電產(chǎn)業(yè)與風電功率預測技術的發(fā)展沿革；風電功率預測技術的原理和預測方法，包括物理模型以及統(tǒng)計模型；風電功率預測系統(tǒng)硬件部分的技術細節(jié)，包括總體設計、主機與通信系統(tǒng)、測風塔的組成、防雷與選址、安防系統(tǒng)；風電功率預測系統(tǒng)軟件，包括軟件架構(gòu)及開發(fā)工具、核心算法及開發(fā)工具、數(shù)據(jù)庫等；簡單介紹了國內(nèi)外風電功率預測系統(tǒng)；并對風電功率預測系統(tǒng)進行實例分析?！讹L電功率預測技術與實例分析》力求傳播風電功率預測的相關知識，并試圖為風電功率預測系統(tǒng)的設計和制造提供技術路線圖。

本書主要包括：緒論、風電功率預測技術原理、風電功率預測技術原理的物理模型、風電功率預測系統(tǒng)的功能與結(jié)構(gòu)、風電功率預測系統(tǒng)工程實例五部分。本書可供關注風電場日常運行維護的風電場運維人員，關注技術進展的勘測設計人員，技術人員，關注技術進展的大專院校學生參考使用。

由于風電場發(fā)電功率受風速、風向、地理、氣象等多方面因素的影響，既具有時間相關性，也具有空間相關性，單一的預測模型達不到預期效果。本項目以非平穩(wěn)變化的時間、空間的風速序列數(shù)據(jù)為研究對象，建立一個具有泛化能力的最優(yōu)加權(quán)組合模型，給出預測結(jié)果誤差評價指標；利用空間相關法，建立基于擴展空間分布的區(qū)域性電網(wǎng)風電場的輸出功率等效模型和算法。研究提出一種根據(jù)奇異點局部奇異性信息對來自于風電數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的錯誤數(shù)據(jù)進行辨識糾錯的方法。針對非平穩(wěn)風速信號中產(chǎn)生的幅值突變和頻率突變，給出小波變換系數(shù)模極大值檢測算法。深入的研究區(qū)域性電網(wǎng)中風電場輸出功率預測值隨時間漸變和突變的基本規(guī)律，探索將風力發(fā)電功率預測和負荷預測相結(jié)合的基本規(guī)律，設計開短期風電功率預測軟件，以確定風電在滿足系統(tǒng)一定可靠性水平下的備用容量，以制定科學的發(fā)電計劃，優(yōu)化發(fā)電機組的開機組合，為風電場并網(wǎng)安全經(jīng)濟運行提供科學決策依據(jù)。

由于風能本身的間歇性和不確定性，采用單一預測方法所得到的風電功率預測結(jié)果的誤差很大，無法滿足電網(wǎng)安全經(jīng)濟運行的需要，項目針對風速序列隨時間、空間呈現(xiàn)非平穩(wěn)性變化的特征，提出了一種基于經(jīng)驗模態(tài)分解(EMD)和支持向量機(SVM)的短期風電功率組合預測方法，其預測誤差比單一模型降低了5%~10%，有效地提高了短期風電功率預測的精度，對預測結(jié)果的誤差進行了不確定性分析，給出了預測結(jié)果誤差評價指標。在深入研究風電場輸出功率預測值隨時間空間變化的規(guī)律的基礎上，建立了一種考慮風電場風機間的排布和尾流效應的功率預測模型，導出了各個風機間的風速相關矩陣和輸出功率值，與僅采用統(tǒng)計算法的功率預測相比，預測精度的均方根誤差可以減小5%，能進一步改善預測效果,將風電場輸出功率的不確定性轉(zhuǎn)化為相對量化的確定性關系。 針對風電場內(nèi)不同機組處風速分布不均勻問題，考慮尾流效應與風的空間分布特性，提出了一種適用于永磁直驅(qū)變速機組風電場動態(tài)等效的多機表征方法，通過模糊聚類算法將具有相近運行點的風電機組劃分到同一機群，最后通過多個表征機群的等值機組的組合，建立基于擴展空間分布的風電場輸出功率等效暫態(tài)模型，該模型能夠反映風電場輸出有功/無功、頻率和電壓的動態(tài)特性。在此基礎上，提出了一種新的永磁直驅(qū)風電機組頻率-轉(zhuǎn)速協(xié)調(diào)控制策略，根據(jù)風電機組功率的變化率調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速控制參數(shù)，使風電機組獲得較好的頻率響應能力，能夠有效減少風電機組的轉(zhuǎn)矩突變和頻率波動幅度，避免系統(tǒng)頻率的二次波動，以獲得較好的轉(zhuǎn)速恢復特性。 針對非平穩(wěn)風電數(shù)據(jù)中產(chǎn)生的幅值和頻率突變，研究提出了基于小波模極大值的奇異點辨識方法和基于自回歸滑動平均法的數(shù)據(jù)重構(gòu)算法，為功率預測提供可靠性的數(shù)據(jù)源。開發(fā)一套基于組合預測方法的風電功率預測系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)通訊、數(shù)據(jù)處理、預測模型、誤差分析、預報輸出等主要功率模塊，具有一定的工程實用性，可以輔助制定合理的發(fā)電計劃，優(yōu)化開機組合，為風電場并網(wǎng)安全經(jīng)濟運行提供科學決策的依據(jù)，具有較好的應用前景。 項目研究期間，在國內(nèi)外期刊發(fā)表相關研究論文11篇，其中被SCI收錄1篇、EI收錄10篇，獲得國家發(fā)明專利1項、國家版權(quán)局授權(quán)計算機著作權(quán)15項。培養(yǎng)博士生1名、碩士研究生6名，培養(yǎng)指導國家大學生創(chuàng)新計劃本科生學生3名。參加國際、國內(nèi)會議6次，擔任會議分會主席2次，作大會報告和分會場報告3次。 2100433B