风电场短期功率预测建模案例解析

风电场短期功率预测建模案例解析

　　深圳市节能设计,足球节能设计图,冷库节能设计广州飒美旭能源科技有限公司作为创建美丽新生活的新能源与能效技术与服务解决方案供应商，致力于发展新能源生产管理、控制、并网技术和服务，积极参与构建低碳环保能源体系，缔造绿色世界，创建美丽生活。

　　本文以2010年广州飒美旭能源科技有限公司签约的辽宁大唐国际风电有限责任公司下属的大唐昌图系统项目，详述其风电场短期功率预测建模所采用的方法及思路，与读者共享。该项目采用的风电功率预测智能管理系统是飒美旭依托自主知识产权开发成功的集电网侧和风电场侧于一体的风电功率预测系统。系统集先进性、实用性、可靠性为一体，在实践中以其预测的高精确度及实用性获得用户的一致赞扬。

　　飒美旭风电功率预测智能管理系统，以历史气象数据（数值天气预报数据NWP）和风电场历史功率数据为基础，同时考虑具体风力发电机组的功率特性、机组效率和设备运行情况，采用BP神经网络建模后，输出0-72小时的短期预测功率。

　　人工智能的方法近年来在预测领域中应用较多，其中在电力行业又以人工神经网络的应用研究最为常见。利用神经网络进行预测研究的基础是它具有强大的非线性拟和与映射能力，在函数逼近、模式识别和状态预报等方面有着独特的优势，同时具有一定的泛化能力。BP神经网络具有较强的非线性学习能力，是目前国际上风电功率预测领域广泛采用的一种比较成熟的方法。神经网络神经网络的训练过程其实质是旨在模仿人脑的结构及功能，不断调整网络内部权值和系统的输入输出关系的过程。

　　在网络结构和算法确定以后名网络性能优良与否，很大程度上取决于训练样本的质量情况。

　　风力发电机的输出功率受风速的影响最大，因此风速是必须的输入变量，同时研究发现不同层高的风速对功率预测的结果均有影响，在此案例中我们选取的是风机轮毂附近的30m、50m、70m和90m4个层高的风速及风向数据，空气温度、湿度、大气压力等其他相关气象数据，以及对应的历史发电功率数据作为BP神经网络的输入样本集。

　　输入样本的筛选过程包含原始数据收集、数据分析、变量选择及数据预处理；只有经过这些步骤后，才能对神经网络进行有效的学习训练。训练样本质量直接影响网络应用效果。

　　在进行历史数据收资过程中，我们从风电场收集了历史一年的数据，在实际建模使用过程中，考虑到大风期和小风期的变化因素，我们考虑到以季度为单位建模显然更为科学，在实际使用过程中分别调用不同的模型。

　　在样本数据的筛选过程中，综合考虑了具体风力发电机组的功率特性、机组效率和设备运行情况以及外围环境干扰因素，筛除了初始样本数据中的奇异数据（不符合风电机组功率特性的NWP与功率P的对应关系数据组）。

　　由于样本中存在不同单位类型的数据，各数据的变化范围也不相同，因此存在某些属性较大，某些属性较小的情况，这样并不利于后面的回归计算处理，因此需要在对样本集操作前进行数据归一化处理，将各数据同意到统一的区间里。因此在BP神经网络的应用中，对控制的输入输出应当按照归一化的方法对输入输出进行调节；否则，模型是无法正确工作的。

　　利用Matlab工具进行BP神经网络建模，通过数次对网络结构、初始值的增删、学习速率的调整以及期望误差的更改，不断提高训练结果的精度，在达到满意度范围内训练结束。

　　考虑到地形地貌等特异性，通过BP神经网络方法建模后得到的预测功率的输出还要进行一次修正后才能真正作为风电功率预测的输出结果展现在软件中。此修正程序作为预测软件的一部分嵌在系统内。

　　大唐国际的两个风电场经过半年多的稳定运行，每月月均方根误差均不超过20%，在辽宁风电调度端的考核中一直名列前茅，获得了用户的极大认可及满意。

　　下图为任意选取的昌图风电场历史一周的预测曲线与实际功率曲线日有调度限电）。

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　　12月20日9时38分，随着中国广核集团（简称“中广核”）汕尾甲子二40万千瓦海上风电项目最后一台风电机组并网发电，中广核汕尾甲子90万千瓦海上风电场正式实现全容量并网发电，标志着全国最大的平价海上风电场建成投运，也标志着中广核汕尾近海浅水区140万千瓦海上风电项目全面建成投产。中广核汕尾甲子

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　　北极星风力发电网讯：日前，中广核阳江帆石一海上风电场基础预制施工及风机安装工程I标段招标。此次招标内容与范围包括22台14.0MW风机导管架基础的预制、运输、施工，及以上22台14.0MW风机的安装工作等。计划开工日期：2023年1月30日；计划完工日期：2023年8月30日。阳江帆石一海上风电场项目位于阳江

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　　新疆新能源发电从公司电力调度控制中心获悉，新疆应用人工智能（AI）等10余种算法进行新能源功率预测，相当于新能源发电有了“天气预报”，可以随时掌握未来一段时间新能源出力和电量情况，进一步促进新能源消纳。长期以来新能源发电功率不稳定、预测难度大，为构建以新能源为主体的新型电力系统带来挑

　　6月28日，国家能源局山西监管办公室发布了《关于印发山西并网发电厂辅助服务管理实施细则和并网运行管理实施细则（2021年修订版）》（以下简称“两个细则”）。根据通知要求，该细则于2021年7月1日正式施行。

　　风电功率预测（WindPowerForeing），顾名思义，是为风电场提供未来的出力预测。在国外，风电功率预测是一项纯粹的数据服务。第三方数据服务商的数值天气预报和人工智能技术水准，决定了服务的品质和报价。作为业主方，风电场可以自由选择为其服务的第三方数据服务商。加之国外成熟的电力交易体系，风电

　　西北地区地广人稀，拥有丰富的日照、风能资源，非常适合新能源产业的发展。但是，西北地区新能源发展也会遇到一些问题，例如限电问题、补贴拖欠问题等。为了解决为保障西北电力系统安全、优质、经济运行，规范发电厂并网运行管理，西北电网制定了发电厂考核及补偿细则，即《西北区域发电厂并网运行管理

　　估计风电功率预测中可能发生的极大误差，有助于优化含风电电力系统的运行调度，提高电网对大规模风电的接纳能力。根据对历史风电功率预测误差分布特征的分析，提出了基于风电预测出力波动过程聚类的极大误差估计方法。首先利用摇摆窗对风电功率预测数据划分不同的波动过程。在此基础上，通过分析预测出

　　风力发电是全球最大规模的非水电可再生能源。风力发电机将近地自然风的动能转变为电能。与传统发电方式相比，风电具有波动性、间歇性和低能量密度等特点。随着中国风电的快速发展，部分省级电网风电装机已达30%，高渗透率的风电功率波动给电网运行带来严峻挑战，严重时可能危及电网安全。提高风电功率

　　随着我国风电、光伏发电等新能源的快速发展，并网难的问题也逐渐显现。但由于电能的储存难题一直没能有效解决，新能源并网问题仍处于探索状态。由于新能源发电的间歇性、不稳定性，并网后对电网造成巨大冲击，因此，做好新能源发电的预测和调控，满足电网的考核要求，成为风电场和电站商普遍关心的问题，也是风电并网稳定运行和有效消纳的重要条件。虽然目前每个电网考核标准不同，但新的并网调度协议示范文本中已经提出了对于预测系统的考核要求。据中国电力科学研究院新能源研究所副所长刘纯介绍，例如风电预测，预测的精度与风电场的地理位置和气候类型密切相关。不同的地理位置和气候类型无法作对

　　风电是一种节能、安全、环保和可再生的绿色清洁能源。即墨市鳌山湾一带受崂山余脉和海岛影响，形成了长达60多公里的狭长“疾风带”，是发展风电的“风水宝地”。自2002年，青岛华威风力发电项目、华电国际即墨王村风力发电项目、西班牙风力发电项目等一系列大型风电项目相继落户于此。经过十年的发展，即墨风电产业集群日益壮大，带来的经济效益和环保效益日益凸显，即墨市风电总装机容量已达18万千瓦，累计发电量约为1.5亿千瓦时，风电产业实现替代常规能源18万吨标准煤，年减少向大气排放粉尘1575吨、二氧化碳38万吨、二氧化硫

　　经过多年的努力，国网甘肃电力测风测光网络已初步建成。这是一个全力服务甘肃清洁能源健康发展的“情报网”，它可以全天候实时收集甘肃河西走廊风、光的相关数据，实现大规模风、光资源的实时精确测量，提升了风电、光电短期预测精确度，有效提高了清洁能源的发电国网甘肃电力测风测光网络初步建成近年来，甘肃风电发展迅猛。从2006年至今，全省风电装机量从6.4万千瓦增长到703万千瓦，增长近110倍;风电发电量从0.99亿度增长到117亿度，增长近118倍。光伏发电近年来也快速发展，目前全省光伏发电总装机容量达434万千瓦，加上已开展前期工作的光伏

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　　风电预报作为一个新生事物，仍存在一些问题，需要在发展的过程中逐步得到解决。杨振斌认为，国家能源局鼓励和支持风电预报，目的是通过预测，提高电网对风电的接纳能力，促进风电和电网的协调可持续发展。但是，目前对于风电预报的作用和意义的理解还存在着一些误解，风电预报得准，就可以并网;预报得不准，就可能会拉闸限发，这是不应该出现的事情。预测的目的不是限制，而是更好地接受。根据《可再生能源法》，风电等可再生能源电力是需要优先开发、优先并网的。在实际中，风电还没有完全纳入发电计划。这其中有技术、体制的问题，也有利益的问题。在全国范围内，风电预报技术体系应该如何建立，如

　　12月21日，福建省发展和改革委员会发布《关于加强我省海上风电项目安全风险防控相关工作的通知》，通知指出，要严格落实安全生产主体责任，强化勘察设计环节安全监管，加强施工安全管理，强化施工安全风险防控，加强运维安全管理，加强涉网安全管理，以及加强应急管理等方面加强海上风电项目安全防控。

　　“低碳转型和保障能源安全并行不悖。可再生能源比例增高，我国能源的安全性和独立性会更好。”在由中国机电产品进出口商会等单位主办的“清洁能源多一小时”活动启动仪式暨清洁能源发展论坛上，中国工程院院士、原副院长，国家能源咨询专家委员会副主任杜祥琬表示。丰富的可再生能源，是我国能源资源禀

　　截至12月20日，内蒙古新能源并网装机规模突破6000万千瓦，达到6013万千瓦，预计年底新能源并网装机规模将达到6500万千瓦以上。这是继2020年12月内蒙古新能源装机突破5000万千瓦之后，全区新能源发展的又一个里程碑。作为国家重要能源和战略资源基地，内蒙古可再生能源资源丰富，风能资源技术可开发量14

　　北极星风力发电网获悉，近日，大唐集团电子商务平台发布“大基地二期项目（1200MW新能源）基地规划方案编制及基地规划方案评审、申报方案编制-2022年11月内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司中标候选人公示”，水电水利规划设计总院预中标该项目，投标报价1800000.00元。据此前发布的招标公告显示，

　　北极星风力发电网讯：12月22日，内蒙古2022年巴彦淖尔市分散式风电、分布式光伏项目竞争优选结果公示。其中包括21个光伏项目，9个风电项目；光伏项目规模超52.8071MW，风电项目规模130MW。公示原文如下：关于对2022年巴彦淖尔市分散式风电、分布式光伏项目竞争优选结果的公示按照《国家能源局关于印发

　　V236-15.0MW机型高280米，配备115.5米叶片，扫风面积达43000平方米。今年11月初，首支115.5米叶片从维斯塔斯位于丹麦Nakskov的工厂出厂亮相。当地时间12月18日，V236-15.0MW原型机的叶片组送达丹麦Hanstholm港中转，后被运往最终目的地sterild测试中心。维斯塔斯区域运输主管CharlotteFeldvoss表示：“

　　“现在我宣布，三一重能郴州智能制造产业园正式投产！首批50万千瓦风电项目正式开工！”12月26日，湖南省郴州市委书记吴巨培郑重宣布。这也标志着三一重能又一零碳数智产业园落地投产。三一重能郴州智能制造产业园占地450多亩，主要建设主机、轮毂等3条生产线，通过建设智能风机总装智慧工厂、自动化立

　　近日，华能阿拉善左旗巴彦诺日公300兆瓦风电项目启动充电，首台风机顺利并网发电。华能阿拉善左旗巴彦诺日公300兆瓦风电项目总投资约19.7亿元。项目总装机容量300兆瓦，配套30％储能装置（90兆瓦），安装60台5兆瓦风电机组，风机轮毂高度110米，叶轮直径191米，并网送出线公里，经单回线路输

　　北极星储能网获悉，12月26日，国家电网蒙东电力综合能源服务有限公司发布赤峰克旗兴龙20万千瓦风电项目配套储能项目工程中标结果公告。公告显示，中标人为福建智储科技有限公司，中标价格为17300.04万元，中标单价1.73元/Wh。招标公告显示，该项目位于内蒙古赤峰市克什克腾旗芝瑞镇马架子村，风电项目

　　北极星储能网获悉，12月26日，华润新能源（临颍）有限公司发布华润电力临颍县二期90MW风电项目配套9MW(18MWh)储能系统中标结果公告。公示显示，中标人为许继电气股份有限公司，投标报价2993.32万元，投标单价1.66元/Wh。招标公告显示，该项目地点位于河南省漯河市临颍县境内，为华润电力临颍县二期90MW

　　近日，日本首个商业化海上风电项目AkitaNoshiro（秋田能代）海上风电场能代港场址已投产发电。AkitaNoshiro项目由丸红集团（Marubeni）牵头，大林制药、关西电气、中部电气等十几家公司合作开发，总投资约1000亿日元（约合人民币52.7亿元）。鹿岛建设株式会社（Kajima）为项目的EPCI承包商。项目总装机

　　广东：关于深圳市宝安区“12·25”有限空间较大事故调查处理工作挂牌督办的函

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