馬偉力

摘 要：本文針對峽谷中風(fēng)電場風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)進(jìn)行分析，主要研究風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，為相關(guān)人員提供理論參考。

關(guān)鍵詞：峽谷風(fēng)電場 風(fēng)功率預(yù)測 預(yù)測系統(tǒng) 準(zhǔn)確性分析

1.峽谷風(fēng)電場風(fēng)功率預(yù)測的必要性

在我國近年來的電力發(fā)展中，風(fēng)力發(fā)電的重要性不言而喻。隨著經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展，我國風(fēng)力發(fā)電的建設(shè)路徑逐漸由集中式開發(fā)轉(zhuǎn)化成為分散式與集中式開發(fā)并存的發(fā)電模式。風(fēng)電場的建設(shè)區(qū)域也從風(fēng)資源較好、地形較為簡單的區(qū)域向峽谷、山區(qū)等地形復(fù)雜的區(qū)域發(fā)展。因峽谷地形復(fù)雜，地貌變化較大，會對風(fēng)電場的后續(xù)運行造成一定的不利影響，因此針對峽谷的電網(wǎng)考核較為嚴(yán)重。而風(fēng)功率預(yù)測能夠幫助電網(wǎng)合理的進(jìn)行調(diào)度，對風(fēng)電場的發(fā)電計劃有著優(yōu)化的作用，不但能夠改善電網(wǎng)的調(diào)峰能力，還能增強電網(wǎng)的容量，保證電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性，由此，對風(fēng)電場進(jìn)行風(fēng)功率的預(yù)測十分必要。同時峽谷的獨特地形會為風(fēng)功率的預(yù)測帶來一定的不確定性，即使在同一地址區(qū)域內(nèi)，風(fēng)能資源的分布也可能大不相同。并且會存在繞流和漩渦的情況，相應(yīng)的風(fēng)功率預(yù)測準(zhǔn)確率較低，預(yù)測數(shù)值和實際數(shù)值會存在較大的差異。在加上峽谷中存在的狹管效應(yīng)，在很大程度上增加了風(fēng)功率預(yù)測的難度。因此，必須結(jié)合峽谷地區(qū)的地形地貌，運用科學(xué)合理的預(yù)測方式，提高預(yù)測精度，保證對風(fēng)功率的預(yù)測準(zhǔn)確無誤[1]。

2.風(fēng)電場風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)

風(fēng)電場風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)的基本組成包括：功能預(yù)測主機、防火墻、NWP處理服務(wù)器、預(yù)測系統(tǒng)客戶端、反向物理隔離裝置、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及相應(yīng)的輔助設(shè)施。其中風(fēng)功率預(yù)測主機包括數(shù)據(jù)預(yù)處理服務(wù)、數(shù)據(jù)庫服務(wù)以及預(yù)測算法引擎服務(wù)這三個應(yīng)用的服務(wù)程序[2]。

風(fēng)電場風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)中所包含的預(yù)測方法主要有兩種，一種是建立在時間序列的基礎(chǔ)上，一種是建立在數(shù)值氣象預(yù)報的基礎(chǔ)上，目前應(yīng)用較為廣泛的是基于數(shù)值氣象預(yù)報的預(yù)測方式。而在這種預(yù)測方法中，又分成基于統(tǒng)計的方法和基于物理建模的方法兩種。統(tǒng)計建模預(yù)測方法相對而言，準(zhǔn)確度較高，且建模過程簡單，預(yù)測速度較快，但所需數(shù)據(jù)量十分巨大，單獨使用并不能滿足我國風(fēng)電場的發(fā)展需求。而物理建模預(yù)測方法，并不需要龐大的數(shù)據(jù)作為支撐，但其建模過程過于復(fù)雜，模型計算的速度緩慢，并且準(zhǔn)確度相比而言較低，但是能夠?qū)崿F(xiàn)模型和風(fēng)電場的同步投運功能[3]。

3.對風(fēng)電場風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)準(zhǔn)確性的影響因素

3.1 統(tǒng)計建模預(yù)測方法對準(zhǔn)確性的影響

氣象數(shù)據(jù)的采集利用氣象傳感器獲取，在成功獲取數(shù)據(jù)之后，要對數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的處理以確保精準(zhǔn)程度，之后對獲取的數(shù)據(jù)建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，利用相應(yīng)的計算公式對數(shù)據(jù)風(fēng)功率進(jìn)行預(yù)測計算。在此過程中，要對數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)的管理和驗證，從而保證數(shù)據(jù)的完整程度，消除一些錯誤數(shù)值，并通過驗證確保數(shù)據(jù)的有效性，同時測風(fēng)塔數(shù)據(jù)采集方式對準(zhǔn)確性的影響較大，極可能因設(shè)備質(zhì)量問題，造成數(shù)據(jù)的丟失，致使預(yù)測服務(wù)器無法進(jìn)行更為精準(zhǔn)的計算。一旦發(fā)生數(shù)據(jù)丟失可以根據(jù)實際情況使用插值填補法進(jìn)行修補，但要注意這種方法只針對個別缺失數(shù)據(jù)有效，在缺失數(shù)據(jù)較多的情況，可以選用其他氣象因子代替。

3.2 物理建模預(yù)測方法對準(zhǔn)確性的影響

統(tǒng)計建模預(yù)測算法的核心在于物理模型和換算方法，對風(fēng)電場發(fā)電機組的風(fēng)功率曲線進(jìn)行分析，從而得到各個機組的預(yù)測功率。隨后再對其進(jìn)行綜合，從而得到整個風(fēng)電場的出力情況。在這種方法中，物理模型的精準(zhǔn)程度會直接影響預(yù)測結(jié)果的準(zhǔn)確性，同時峽谷這類復(fù)雜地形中風(fēng)機高度不一，風(fēng)速奉陪密度不同，會直接對風(fēng)功率預(yù)測的準(zhǔn)確度造成影響，同時還需考慮海拔和電容差異導(dǎo)致機組間的垂直方向落差。因此，在使用物理建模方法進(jìn)行預(yù)測時，首先要考慮物理模型中風(fēng)速引起的誤差，可以適當(dāng)增加階段性的實測數(shù)據(jù)，在風(fēng)電場分區(qū)內(nèi)建立多個模型。之后對風(fēng)速進(jìn)行換算，在此過程中，要注意測風(fēng)計存在的誤差情況。為了減少這類誤差的產(chǎn)生，選取科學(xué)合理的風(fēng)功率預(yù)測誤差指標(biāo)進(jìn)行評估，較為有效的評價指標(biāo)有平均誤差、絕對誤差、均方根誤差等。同時本文建議使用以下公式進(jìn)行風(fēng)速的換算，其中V為在相應(yīng)高度時的平均風(fēng)速，u為摩擦速度，k為卡門系數(shù)，H為高度，從而確保預(yù)測結(jié)果準(zhǔn)確有效。

3.3 風(fēng)電場運行方式對準(zhǔn)確性的影響

在對風(fēng)功率進(jìn)行預(yù)測時，風(fēng)電場的運行方式也會對預(yù)測的準(zhǔn)確性帶來一定的影響作用，例如風(fēng)電場自身的運行維護(hù)、運行人員的相應(yīng)操作等。在風(fēng)電場的輸出功率比電力系統(tǒng)的接納能力大時，風(fēng)電場就會被限電。因此要結(jié)合風(fēng)電場的實際情況，選取科學(xué)合理的算法對風(fēng)功率進(jìn)行預(yù)測。一般情況可以采用以下公式對實際功率進(jìn)行計算。

3.4 提升峽谷風(fēng)電場風(fēng)功率預(yù)測準(zhǔn)確度的建議

針對峽谷這類特殊地形而言，想要提升風(fēng)電場風(fēng)功率預(yù)測的準(zhǔn)確性，首先要要確保風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，可以將GPRS實時數(shù)據(jù)傳輸方式轉(zhuǎn)變?yōu)楣饫w傳輸或者無線傳輸，由此提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，避免數(shù)據(jù)丟失的情況；其次可以根據(jù)峽谷風(fēng)電場的實際情況，在進(jìn)行風(fēng)功率預(yù)測時建立多個預(yù)測模型，并根據(jù)一定的權(quán)系數(shù)進(jìn)行相互的組合，通過科學(xué)合理的權(quán)系數(shù)選取來確保預(yù)測系統(tǒng)的準(zhǔn)確度；最后要對峽谷風(fēng)電場風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)的硬件、軟件進(jìn)行升級，對老舊設(shè)備進(jìn)行更新，提升預(yù)測系統(tǒng)的運行穩(wěn)定程度。

結(jié) 語

綜上所述，我國的風(fēng)電發(fā)電行業(yè)想要實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，必須提高對風(fēng)電場風(fēng)功率預(yù)測的重視，提升預(yù)測精度，確保預(yù)測結(jié)果準(zhǔn)確可靠。尤其是在峽谷這種復(fù)雜的地形中，要結(jié)合實際的地理情況，綜合考慮風(fēng)電場的各種情況，選取合理的預(yù)測方式對風(fēng)功率進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測，從而實現(xiàn)風(fēng)電場經(jīng)濟(jì)效益的最大限度提升。

參考文獻(xiàn)

[1] 王文剛，劉建鵬，武環(huán)宇等.風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)的應(yīng)用與優(yōu)化的討論[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013（14）：49-51.

[2] 楊桂興，常喜強，王維慶等.對風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)中預(yù)測精度的討論[J].電網(wǎng)與清潔能源，2011，27（1）：67-71.

[3] 徐斌.消除小氣候?qū)︼L(fēng)電場風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)預(yù)測準(zhǔn)確率的影響[C].中國風(fēng)電生產(chǎn)運營管理（2013）.2013.