風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)測風(fēng)塔數(shù)據(jù)測量技術(shù)要求起草人

周海、丁杰，吳福保等。

中國電力科學(xué)研究院、國網(wǎng)電力科學(xué)研究院。

適用于并網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)電場的功率預(yù)測。

《風(fēng)電功率預(yù)測技術(shù)與實例分析》是《風(fēng)力發(fā)電工程技術(shù)叢書》之一，較為全面系統(tǒng)地介紹了風(fēng)電功率預(yù)測技術(shù)及其應(yīng)用情況。其內(nèi)容主要包括：風(fēng)電產(chǎn)業(yè)與風(fēng)電功率預(yù)測技術(shù)的發(fā)展沿革；風(fēng)電功率預(yù)測技術(shù)的原理和預(yù)測方法，包括物理模型以及統(tǒng)計模型；風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)硬件部分的技術(shù)細(xì)節(jié)，包括總體設(shè)計、主機(jī)與通信系統(tǒng)、測風(fēng)塔的組成、防雷與選址、安防系統(tǒng)；風(fēng)電功率預(yù)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(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)；并對風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)進(jìn)行實例分析?！讹L(fēng)電功率預(yù)測技術(shù)與實例分析》力求傳播風(fēng)電功率預(yù)測的相關(guān)知識，并試圖為風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)的設(shè)計和制造提供技術(shù)路線圖。

本書主要包括：緒論、風(fēng)電功率預(yù)測技術(shù)原理、風(fēng)電功率預(yù)測技術(shù)原理的物理模型、風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)的功能與結(jié)構(gòu)、風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)工程實例五部分。本書可供關(guān)注風(fēng)電場日常運(yùn)行維護(hù)的風(fēng)電場運(yùn)維人員，關(guān)注技術(shù)進(jìn)展的勘測設(shè)計人員，技術(shù)人員，關(guān)注技術(shù)進(jìn)展的大專院校學(xué)生參考使用。

由于風(fēng)電場發(fā)電功率受風(fēng)速、風(fēng)向、地理、氣象等多方面因素的影響，既具有時間相關(guān)性，也具有空間相關(guān)性，單一的預(yù)測模型達(dá)不到預(yù)期效果。本項目以非平穩(wěn)變化的時間、空間的風(fēng)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(yù)測結(jié)果誤差評價指標(biāo)；利用空間相關(guān)法，建立基于擴(kuò)展空間分布的區(qū)域性電網(wǎng)風(fēng)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(diǎn)局部奇異性信息對來自于風(fēng)電數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的錯誤數(shù)據(jù)進(jìn)行辨識糾錯的方法。針對非平穩(wěn)風(fēng)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(fēng)電場輸出功率預(yù)測值隨時間漸變和突變的基本規(guī)律，探索將風(fēng)力發(fā)電功率預(yù)測和負(fù)荷預(yù)測相結(jié)合的基本規(guī)律，設(shè)計開短期風(fēng)電功率預(yù)測軟件，以確定風(fēng)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(xué)的發(fā)電計劃，優(yōu)化發(fā)電機(jī)組的開機(jī)組合，為風(fēng)電場并網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供科學(xué)決策依據(jù)。

由于風(fēng)能本身的間歇性和不確定性，采用單一預(yù)測方法所得到的風(fēng)電功率預(yù)測結(jié)果的誤差很大，無法滿足電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的需要，項目針對風(fēng)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?zāi)B(tài)分解(EMD)和支持向量機(jī)(SVM)的短期風(fēng)電功率組合預(yù)測方法，其預(yù)測誤差比單一模型降低了5%~10%，有效地提高了短期風(fēng)電功率預(yù)測的精度，對預(yù)測結(jié)果的誤差進(jìn)行了不確定性分析，給出了預(yù)測結(jié)果誤差評價指標(biāo)。在深入研究風(fēng)電場輸出功率預(yù)測值隨時間空間變化的規(guī)律的基礎(chǔ)上，建立了一種考慮風(fēng)電場風(fēng)機(jī)間的排布和尾流效應(yīng)的功率預(yù)測模型，導(dǎo)出了各個風(fēng)機(jī)間的風(fēng)速相關(guān)矩陣和輸出功率值，與僅采用統(tǒng)計算法的功率預(yù)測相比，預(yù)測精度的均方根誤差可以減小5%，能進(jìn)一步改善預(yù)測效果,將風(fēng)電場輸出功率的不確定性轉(zhuǎn)化為相對量化的確定性關(guān)系。 針對風(fēng)電場內(nèi)不同機(jī)組處風(fēng)速分布不均勻問題，考慮尾流效應(yīng)與風(fēng)的空間分布特性，提出了一種適用于永磁直驅(qū)變速機(jī)組風(fēng)電場動態(tài)等效的多機(jī)表征方法，通過模糊聚類算法將具有相近運(yùn)行點(diǎn)的風(fēng)電機(jī)組劃分到同一機(jī)群，最后通過多個表征機(jī)群的等值機(jī)組的組合，建立基于擴(kuò)展空間分布的風(fēng)電場輸出功率等效暫態(tài)模型，該模型能夠反映風(fēng)電場輸出有功/無功、頻率和電壓的動態(tài)特性。在此基礎(chǔ)上，提出了一種新的永磁直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組頻率-轉(zhuǎn)速協(xié)調(diào)控制策略，根據(jù)風(fēng)電機(jī)組功率的變化率調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速控制參數(shù)，使風(fēng)電機(jī)組獲得較好的頻率響應(yīng)能力，能夠有效減少風(fēng)電機(jī)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(fù)特性。 針對非平穩(wěn)風(fēng)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(diǎn)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(yù)測提供可靠性的數(shù)據(jù)源。開發(fā)一套基于組合預(yù)測方法的風(fēng)電功率預(yù)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(yù)測模型、誤差分析、預(yù)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(jī)組合，為風(fēng)電場并網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供科學(xué)決策的依據(jù)，具有較好的應(yīng)用前景。 項目研究期間，在國內(nèi)外期刊發(fā)表相關(guān)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(jī)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(dǎo)國家大學(xué)生創(chuàng)新計劃本科生學(xué)生3名。參加國際、國內(nèi)會議6次，擔(dān)任會議分會主席2次，作大會報告和分會場報告3次。 2100433B