數字化產品系列(九)
風功率預測系統采用數值天氣預報(NWP)模型、機器學習算法和計算流體動力學(CFD)等技術相融合的預測方法,不同技術之間可相互組合,形成不同預測策略。可根據實際情況,為項目選擇最為匹配的策略(包括多個策略形成混合預報策略),有效提升預報的準確性,避免市面上常規功率預測系統因算法單一,而導致在部分項目不適用或準確度差的情況。
01.先進的氣象數據源
多年來,電氣風電與中國氣象局、歐洲中期天氣預報中心(ECMWF)、AWS Truepower等國內外頂尖機構深入合作,獲取了全球多種高精度的氣象預測數據源。同時,結合風場真實測風數據,對多種氣象數據源進行綜合評比和誤差分析,挑選最佳匹配氣象數據源;
02.地理數據信息重新勘探
能夠實現單臺機組功率預測,精準定位機組地理位置,確保最終預測結果真實有效。通過對不同項目現場在不同季節的地形地貌進行多次反復勘測,以獲取準確的地形地貌參數,輔助CFD進行精準計算;
03.機器學習算法修正
能夠實現復雜的非線性模式識別,自動識別出天氣預報及電量的預測數據,并找出它們與真實值之間的差異;對天氣預報數據和風機功率預測數據分別建模,實現誤差修正,在各模型訓練階段,系統針對不同輸入變量和不同參數設置的組合進行排列組合,獲取最優模型,最大程度提升風功率預測結果的準確性;
04.基于實時在線數據的超短期預測
系統還支持接入實時測風塔和SCADA功率數據,通過建模獲取當前時刻和未來時刻狀態的內在聯系,進一步提升模型對于超短期預報的準確性;
05.經驗功率曲線
借助機組運行的真實數據,利用機器學習算法進行模式識別,獲取機組在不同風況、不同季節下運行的真實功率曲線,用于后續功率預測分析。與傳統固定單一的功率曲線進行電量預測不同,經驗功率曲線能夠更好地反映機組的真實出力情況。
01.單機功率預測
與傳統的功率預測系統不同,電氣風電提供的風功率預測系統結合精準的CFD物理模型、氣象數據降尺度計算以及人工智能大數據算法,能夠實現對風場內單臺機組功率的準確預測,進而實現對整場的功率預測,提升場級風功率預測的準確率;
02.短期風功率預測
利用氣象數據、地形特征數據以及測風塔數據等信息,根據風場歷史數據擬合出風機功率曲線模型,結合預測風速與功率曲線模型,進行單臺/整場機組功率;同時滿足電網調度部門規定要求,上報0~24h風電場發電功率預測曲線,預測值時間分辨率為15min,預測精度達到85%以上;
03.超短期功率預測
采用先進的大數據統計預測方法,通過對歷史觀測數據以及測風塔數據的統計分析,預測出單臺機組及整場風功率;同時,以每15min的頻率,向電力系統調度部門滾動上報未來15min~4h的風電場發電功率預測曲線,預測值時間分辨率為15min,預測精度達到90%以上;
04.數據融合
系統具有高度的數據可擴展性,能夠以多種形式的數據傳輸方式接入其他系統的數據,并與其他系統進行數據集成,實現場級或區域級的能效管理;
05.誤差分析
支持不同時間段,不同預測結果的誤差分析,系統能夠根據誤差分析結果,進行自我修正及優化。
/ 實際發電功率與預測功率對比 /
風功率預測系統的用戶功能模塊主要分為六大模塊:預測曲線、計劃停機、數據上報、綜合報表、測風塔管理、系統管理等。
模塊一:預測曲線
主要功能:按任意指定時間序列逐15min展示風電場的預報風速、功率與實際風速、功率的對比。可選擇區域、風場、風機展示不同維度的預測結果。
模塊二:計劃停機
風場的計劃檢修停機、測試、限功率及機組亞健康運行對風功率預測的準確率影響較大,系統通過提前獲取相應信息,有效修正風功率預測的結果,提升預測準確性。
模塊三:數據上報
根據電網要求標準,風電場需要向電網上報風電場短期、超短期的逐15min預報功率、每5min測風塔的實測數據、理論功率、檢修停機、風機信息等數據。該模塊能夠有效支撐相關任務目標完成。
模塊四:綜合報表
短期預報和超短期預報的準確率等指標均按照標準《NBT 31046-2013 風電功率預測系統功能規范》進行計算;能夠對所需查詢風場的各項數據指標進行展示;理論功率查詢界面按照國家電網要求計算風電場內理論功率,包括測風塔法、樣板機法、機頭風速法,以及機頭風速去檢修法四種理論功率。
模塊五:測風塔管理
羅列場內所有測風塔,顯示當前測風塔觀測數據,包括輪轂處風速、風向信息。對測風塔所有高度傳感器進行實時數據監控和狀態報警。詳細分析測風塔數據,包括測風塔風速、風向、溫度、氣壓、濕度傳感器的統計分析,通過風玫瑰圖和風廓線展示。
模塊六:系統管理
界面的最下方均設置有系統狀態欄,可方便用戶查看系統狀態;同時,可針對系統狀態進行實時報警顯示和歷史報警記錄查詢。
案例介紹
華北某風場自2018年3月接入電氣風電風功率預測系統以來,短期預測準確度持續穩定保持在80%以上;當積累一個月的數據之后,通過歷史數據對模型的修正,短期預測準確度已穩定保持在85%以上,超短期預測準確度穩定保持在90%以上,得到了用戶的充分肯定。
有效提升發電小時數,減少發電損失,
◆ 少罰款
精準的功率預測可以大幅減少業主方在電網考核中產生的罰款損失,甚至不產生罰款;
精準的功率預測可以提升上網發電小時數,確保業主在發電計劃中掌握優先權;
風功率預測系統與風云系統被同時部署在風場,部分設備實現共用,節約成本。
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(責任編輯:吊車出租)