專利名稱：：風(fēng)電場(chǎng)出力實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種風(fēng)電場(chǎng)出力實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)方法。主要適用于風(fēng)能利用領(lǐng)域，大型風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)發(fā)電量的預(yù)測(cè)，為電網(wǎng)調(diào)度提供依據(jù)。
背景技術(shù)：
：風(fēng)電是利用機(jī)電一體化的風(fēng)力發(fā)電機(jī)將風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能的一種發(fā)電方式，出力的大小主要取決于風(fēng)速的大小，其出力過(guò)程的變化趨勢(shì)和風(fēng)速的變化基本一致。風(fēng)的形成過(guò)程較復(fù)雜，主要受太陽(yáng)輻射和地球自轉(zhuǎn)的影響，具有較強(qiáng)的隨機(jī)性。風(fēng)的特性決定風(fēng)力發(fā)電的出力也有一定的隨機(jī)性，含有一定風(fēng)電的電網(wǎng)的調(diào)度和安全運(yùn)行是一個(gè)全新的課題。隨著"三北"地區(qū)風(fēng)電的快速發(fā)展，甘肅和內(nèi)蒙為了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，冬季頻繁限制并入電網(wǎng)的風(fēng)電出力，使風(fēng)電場(chǎng)上網(wǎng)電量減少，風(fēng)電生產(chǎn)企業(yè)的收入降低，甚至出現(xiàn)虧損。要實(shí)現(xiàn)風(fēng)電電量全額被電網(wǎng)收購(gòu)，需要開展多方面的工作。了解風(fēng)電出力的特點(diǎn)，成功預(yù)測(cè)風(fēng)電出力，為電網(wǎng)制定調(diào)度計(jì)劃提供可靠的依據(jù)，是一項(xiàng)非常重要的工作。由于近年來(lái)歐洲在風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)投入不斷增加，對(duì)風(fēng)能以及風(fēng)電場(chǎng)的預(yù)測(cè)進(jìn)行了大量研究，已經(jīng)研發(fā)出數(shù)個(gè)用于風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電量預(yù)測(cè)的系統(tǒng)，并且實(shí)際運(yùn)用于多個(gè)風(fēng)電場(chǎng)。由于這些系統(tǒng)不易購(gòu)置，且通用性不強(qiáng)，不易根據(jù)預(yù)測(cè)對(duì)象的特點(diǎn)對(duì)模型的預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行調(diào)整，因此，研發(fā)適合于本土的風(fēng)電場(chǎng)出力預(yù)測(cè)系統(tǒng)十分必要。常用的預(yù)測(cè)方法可分為數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)模型、數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式兩種。我國(guó)風(fēng)電技術(shù)起步較晚，目前還沒有成熟的出力預(yù)測(cè)系統(tǒng)問(wèn)世。國(guó)內(nèi)已有的研究多采用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)模型，其預(yù)測(cè)的核心是數(shù)理統(tǒng)計(jì)原理，建立在大量歷史數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，周邊環(huán)境變化對(duì)預(yù)測(cè)對(duì)象的影響無(wú)法體現(xiàn)，且預(yù)測(cè)誤差較大，風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)速預(yù)測(cè)的誤差在2540%左右。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述存在的問(wèn)題提供一種預(yù)測(cè)精度高、實(shí)用性強(qiáng)、預(yù)測(cè)反應(yīng)時(shí)間短的風(fēng)電場(chǎng)出力實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)方法，通過(guò)預(yù)測(cè)風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)速來(lái)預(yù)測(cè)風(fēng)電場(chǎng)的出力，旨在為電網(wǎng)制定調(diào)度計(jì)劃提供可靠的依據(jù)。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是風(fēng)電場(chǎng)出力實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)方法，其特征在于包括以下步驟a、根據(jù)實(shí)時(shí)更新的氣象格點(diǎn)初始資料，利用數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式模擬大尺度環(huán)流場(chǎng)、氣象場(chǎng)，推求代表點(diǎn)的風(fēng)資源狀況；b、將步驟a得到的風(fēng)資源狀況傳輸至出力計(jì)算模型；c、利用出力計(jì)算模型推算整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)出力，進(jìn)而推算風(fēng)電場(chǎng)群的出力。所述步驟a還包括，al、利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證代表點(diǎn)的風(fēng)資源狀況，判斷是否滿足精度要求，若滿足則執(zhí)行步驟b;若不滿足，則執(zhí)行步驟a2;a2、調(diào)整模式分辨率及物理參數(shù)方案，重新計(jì)算。3所述步驟c包括，cl、建立風(fēng)電場(chǎng)WAsP發(fā)電量計(jì)算模型，按風(fēng)向分象限分析代表點(diǎn)與整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)出力的關(guān)系，計(jì)算對(duì)應(yīng)的各象限擴(kuò)大系數(shù)；c2、基于代表點(diǎn)風(fēng)況與風(fēng)電機(jī)組功率曲線，計(jì)算代表點(diǎn)出力；c3、依據(jù)代表點(diǎn)出力及各象限擴(kuò)大系數(shù)，計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)出力，進(jìn)而推算風(fēng)電場(chǎng)群的出力。上述步驟cl中進(jìn)行分象限時(shí)，按風(fēng)向不同共分為16個(gè)象限，即N、NNE、NE、ENE、E、ESE、SE、SSE、S、SSW、SW、WSW、W、W麗、麗、麗。所述步驟c還包括，c4、利用實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)驗(yàn)證風(fēng)電場(chǎng)群出力，若不滿足精度要求，則執(zhí)行步驟c5;c5、調(diào)整出力計(jì)算模型，重新計(jì)算。本發(fā)明的有益效果是1、本發(fā)明首次將數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式應(yīng)用于風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)速預(yù)測(cè)。數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式從大氣環(huán)流的角度著手，對(duì)研究范圍內(nèi)的風(fēng)資源狀況進(jìn)行預(yù)測(cè)，并且可根據(jù)周邊環(huán)境的變化調(diào)整模式，預(yù)測(cè)精度較高，實(shí)用性強(qiáng)。2、采用分象限擴(kuò)大系數(shù)推算風(fēng)電場(chǎng)出力。在風(fēng)電場(chǎng)設(shè)計(jì)時(shí)的發(fā)電量計(jì)算模型(WAsP)的基礎(chǔ)上，借助有風(fēng)資源實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)結(jié)果的代表點(diǎn)，按風(fēng)向分象限統(tǒng)計(jì)代表點(diǎn)各風(fēng)速出力與風(fēng)電場(chǎng)的出力之間的關(guān)系，定義為各象限擴(kuò)大系數(shù)，利用擴(kuò)大系數(shù)推算單個(gè)風(fēng)電場(chǎng)、風(fēng)電場(chǎng)群的實(shí)時(shí)出力，這種方法避免了利用流體力學(xué)模型的龐大計(jì)算量，提高了工作的效率和預(yù)測(cè)的反應(yīng)時(shí)間，按風(fēng)向不同象限統(tǒng)計(jì)擴(kuò)大系數(shù)也兼顧了邊界條件不同對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響，提高了預(yù)測(cè)精度。3、從整體上能較好的預(yù)測(cè)風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)速及出力，不需要長(zhǎng)期的觀測(cè)數(shù)據(jù)和實(shí)際運(yùn)行資料，且其預(yù)測(cè)的結(jié)果對(duì)于大趨勢(shì)的把握較準(zhǔn)確，風(fēng)速預(yù)測(cè)誤差約為10%，出力預(yù)測(cè)誤差約為22%。圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)框圖。圖2是本發(fā)明中數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式框圖。圖3是本發(fā)明中出力計(jì)算模型框圖。具體實(shí)施例方式如圖1所示，本實(shí)施例主要包括數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式、出力計(jì)算模型兩部分。本次選用的數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式為WRF(WeatherResearchForecast)模式。WRF模式系統(tǒng)是美國(guó)氣象界聯(lián)合開發(fā)的新一代中尺度預(yù)報(bào)模式和同化系統(tǒng)，重點(diǎn)考慮從云尺度到天氣尺度等重要天氣的預(yù)報(bào)，水平分辨率重點(diǎn)考慮110km格距的模擬和預(yù)報(bào)，作為一個(gè)公共模式，其源程序、多種分辨率類型的地形數(shù)據(jù)與實(shí)時(shí)初始資料免費(fèi)對(duì)外發(fā)布。根據(jù)定時(shí)提前公開發(fā)布的氣象格點(diǎn)初始資料，運(yùn)用數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式(WRF)預(yù)測(cè)風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)速。同時(shí)設(shè)計(jì)以分象限擴(kuò)大系數(shù)為核心的出力計(jì)算模型，以代表性觀測(cè)點(diǎn)風(fēng)資源狀況為橋梁，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的出力進(jìn)行預(yù)測(cè)。還可以根據(jù)預(yù)測(cè)區(qū)域風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)情況，增加對(duì)新投產(chǎn)風(fēng)電場(chǎng)的出力預(yù)測(cè)。如圖2所示，數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式(WRF)進(jìn)行預(yù)測(cè)前，需明確模擬區(qū)域，選定地形數(shù)據(jù)類型，根據(jù)多次控制性試驗(yàn)，確定適用于本區(qū)域模擬的模式分辨率及物理方案參數(shù)。例如對(duì)江蘇沿海風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行預(yù)報(bào)時(shí)，設(shè)置模式水平分辨率為5kmX5km，水平格點(diǎn)數(shù)為90X110，4模擬區(qū)域中心點(diǎn)33.0。N、120.5°E，水平向涵蓋整個(gè)江蘇沿海區(qū)域；設(shè)置模式層頂氣壓Pt=50hPa，模式垂直分層28層，并在100m高度以下加密，各層o值分別選取為1.000，0.996，0.990，0.985，0.978，0.960，0.946，0.922，0.894，0.860，0.817，0.766，0.707，0.664，0.576，0.507，0.444，0.380，0.324，0.273，0.188，0.152，0.121，0.093，0.069，0.048，0.020，0.000;模式積分時(shí)間步長(zhǎng)取30s;主要物理參數(shù)方案見下表。WRF模式主要物理方案<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>預(yù)測(cè)時(shí)步驟如下步驟SI根據(jù)地形資料及定時(shí)提前公開發(fā)布的氣象格點(diǎn)初始資料，對(duì)模式狀態(tài)進(jìn)行初始化處理；步驟S2根據(jù)控制性試驗(yàn)確定的模式分辨率及物理方案參數(shù)，利用WRF模式計(jì)算主程序進(jìn)行模式計(jì)算；步驟S3對(duì)模式計(jì)算結(jié)果進(jìn)行可視化處理；步驟S4得到大尺度環(huán)流場(chǎng)及各種氣象要素場(chǎng)；步驟S5推求代表點(diǎn)風(fēng)資源狀況；步驟S6利用風(fēng)資源實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)輸出結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證；步驟S7判斷輸出結(jié)果是否滿足精度要求？若滿足精度要求，則轉(zhuǎn)至步驟S8;若不滿足精度要求，則再次調(diào)整模式分辨率或物理方案參數(shù)，并轉(zhuǎn)至步驟S2重新進(jìn)行模擬計(jì)算；步驟S8輸出代表點(diǎn)輪轂高度風(fēng)速風(fēng)向至出力計(jì)算模型。如圖3所示，采用出力計(jì)算模型進(jìn)行預(yù)測(cè)前，以風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)測(cè)風(fēng)塔至少一年的測(cè)風(fēng)資料、地形資料、風(fēng)電機(jī)組特性資料建立WAsP計(jì)算模型，根據(jù)該風(fēng)電場(chǎng)完整一年的實(shí)際運(yùn)行資料，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)WAsP計(jì)算模型邊界條件和參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)地形地貌、風(fēng)機(jī)布置的特點(diǎn)，選擇某臺(tái)風(fēng)機(jī)作為代表點(diǎn)，再根據(jù)調(diào)整后的風(fēng)電場(chǎng)WAsP發(fā)電量計(jì)算模型，按風(fēng)向分16象限，建立代表點(diǎn)與整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)出力的關(guān)系，計(jì)算對(duì)應(yīng)的各象限擴(kuò)大系數(shù)。預(yù)測(cè)時(shí)步驟如下步驟Sll基于風(fēng)電機(jī)組功率曲線與數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式模擬的代表點(diǎn)輪轂高度風(fēng)速風(fēng)向，計(jì)算代表點(diǎn)出力；步驟S21根據(jù)代表點(diǎn)風(fēng)向確定其所在象限，并結(jié)合該象限的擴(kuò)大系數(shù)，推算整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的出力；步驟S31將各風(fēng)電場(chǎng)的出力疊加，得到風(fēng)電場(chǎng)群的出力；步驟S41利用風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證；步驟S51判斷輸出結(jié)果是否滿足精度要求，若滿足精度要求，則轉(zhuǎn)至步驟S61;否則返回調(diào)整出力計(jì)算模型(主要是調(diào)整各象限的擴(kuò)大系數(shù))，重新進(jìn)行計(jì)算；步驟S61輸出預(yù)測(cè)出力。上述步驟中，根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)的裝機(jī)容量的不同，在每個(gè)風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)設(shè)定一個(gè)或多個(gè)代表點(diǎn)，基于每個(gè)代表點(diǎn)的風(fēng)資源狀況和風(fēng)電機(jī)組功率曲線，計(jì)算出每個(gè)代表點(diǎn)的出力，每個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的出力為該風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)所有代表點(diǎn)出力之和，所有風(fēng)電場(chǎng)出力之和則為整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)群的出力。本例中，各象限擴(kuò)大系數(shù)計(jì)算方法如下風(fēng)電場(chǎng)WAsP計(jì)算模型計(jì)算出風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)每臺(tái)風(fēng)機(jī)的出力，同時(shí)參考風(fēng)電場(chǎng)至少一年的實(shí)際運(yùn)行資料，選擇其中具有代表性的風(fēng)機(jī)作為代表點(diǎn)，整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的出力(即所有風(fēng)機(jī)出力之和)與該代表點(diǎn)的出力的比值，為全象限擴(kuò)大系數(shù)，按風(fēng)向分16象限，每個(gè)象限內(nèi)整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的出力與該代表點(diǎn)的出力的比值，則為各象限的擴(kuò)大系數(shù)。選定編號(hào)為m的風(fēng)機(jī)為代表點(diǎn)，第i象限m風(fēng)機(jī)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的的擴(kuò)大系數(shù)ki可按下式計(jì)算。=-^-其中P指風(fēng)機(jī)的出力；Q指風(fēng)機(jī)容量；n指風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)總臺(tái)數(shù)；j指風(fēng)機(jī)編號(hào)，為l……n;m指選定代表點(diǎn)的風(fēng)機(jī)編號(hào)；i象限編號(hào)，為l……16。本實(shí)施例在實(shí)際操作過(guò)程中可以按照如下步驟進(jìn)行1、確定模擬區(qū)域，收集地形數(shù)據(jù)，利用數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式(WRF)進(jìn)行控制性試驗(yàn)，確定適用于本區(qū)域模擬的模式分辨率及物理方案參數(shù)；2、以風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)測(cè)風(fēng)塔至少一年的測(cè)風(fēng)資料、地形資料、風(fēng)電機(jī)組特性資料建立WAsP計(jì)算模型，根據(jù)該風(fēng)電場(chǎng)完整一年的實(shí)際運(yùn)行資料，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)WAsP計(jì)算模型邊界條件和參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，建立代表點(diǎn)與整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)出力的關(guān)系，計(jì)算對(duì)應(yīng)的擴(kuò)大系數(shù)；3、根據(jù)實(shí)時(shí)更新的氣象格點(diǎn)初始資料(定時(shí)提前公開發(fā)布)，利用數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式(WRF)模擬大尺度環(huán)流場(chǎng)、氣象場(chǎng)，推求代表點(diǎn)的風(fēng)資源狀況；4、利用風(fēng)資源現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證和調(diào)整WRF模式，或者根據(jù)周邊環(huán)境的變化調(diào)整WRF模式，最終得出滿足精度要求的代表點(diǎn)輪轂高度風(fēng)速風(fēng)向；5、基于代表點(diǎn)風(fēng)況與風(fēng)電機(jī)組功率曲線，計(jì)算代表點(diǎn)出力，結(jié)合各象限擴(kuò)大系數(shù)，推算整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)出力，進(jìn)而推算風(fēng)電場(chǎng)群的出力；6、利用風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，調(diào)整出力計(jì)算模型；7、將各風(fēng)電場(chǎng)預(yù)測(cè)結(jié)果，包括風(fēng)電場(chǎng)氣象、出力等信息，采集、傳輸至預(yù)測(cè)調(diào)度中心進(jìn)行整合，再發(fā)送到各用戶終端。權(quán)利要求一種風(fēng)電場(chǎng)出力實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)方法，其特征在于包括以下步驟a、根據(jù)實(shí)時(shí)更新的氣象格點(diǎn)初始資料，利用數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式模擬大尺度環(huán)流場(chǎng)、氣象場(chǎng)，推求代表點(diǎn)的風(fēng)資源狀況，b、將步驟a得到的風(fēng)資源狀況傳輸至出力計(jì)算模型；c、利用出力計(jì)算模型推算整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)出力，進(jìn)而推算風(fēng)電場(chǎng)群的出力。2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的風(fēng)電場(chǎng)出力實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)方法，其特征在于所述步驟a還包括，al、利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證代表點(diǎn)的風(fēng)資源狀況，判斷是否滿足精度要求，若滿足則執(zhí)行步驟b;若不滿足，則執(zhí)行步驟a2;a2、調(diào)整模式分辨率及物理參數(shù)方案，重新計(jì)算。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電場(chǎng)出力實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)方法，其特征在于所述步驟c包括，cl、建立風(fēng)電場(chǎng)WAsP發(fā)電量計(jì)算模型，按風(fēng)向分象限分析代表點(diǎn)與整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)出力的關(guān)系，計(jì)算對(duì)應(yīng)的各象限擴(kuò)大系數(shù)；c2、基于代表點(diǎn)風(fēng)況與風(fēng)電機(jī)組功率曲線，計(jì)算代表點(diǎn)出力；c3、依據(jù)代表點(diǎn)出力及各象限擴(kuò)大系數(shù)，計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)出力，進(jìn)而推算風(fēng)電場(chǎng)群的出力。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的風(fēng)電場(chǎng)出力實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)方法，其特征在于按風(fēng)向不同，共分為16個(gè)象限。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的風(fēng)電場(chǎng)出力實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)方法，其特征在于所述步驟c還包括，c4、利用實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)驗(yàn)證風(fēng)電場(chǎng)群出力，若不滿足精度要求，則執(zhí)行步驟c5;c5、調(diào)整出力計(jì)算模型，重新計(jì)算。全文摘要本發(fā)明涉及一種風(fēng)電場(chǎng)出力實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)方法。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種預(yù)測(cè)精度高、實(shí)用性強(qiáng)、預(yù)測(cè)反應(yīng)時(shí)間短的風(fēng)電場(chǎng)出力實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)方法，通過(guò)預(yù)測(cè)風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)速來(lái)預(yù)測(cè)風(fēng)電場(chǎng)的出力，旨在為電網(wǎng)制定調(diào)度計(jì)劃提供可靠的依據(jù)。解決該問(wèn)題的技術(shù)方案是風(fēng)電場(chǎng)出力實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)方法，其特征在于包括以下步驟a、根據(jù)實(shí)時(shí)更新的氣象格點(diǎn)初始資料，利用數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式模擬大尺度環(huán)流場(chǎng)、氣象場(chǎng)，推求代表點(diǎn)的風(fēng)資源狀況；b、將步驟a得到的風(fēng)資源狀況傳輸至出力計(jì)算模型；c、利用出力計(jì)算模型推算整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)出力，進(jìn)而推算風(fēng)電場(chǎng)群的出力。本發(fā)明主要用于風(fēng)能利用領(lǐng)域，大型風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)發(fā)電量的預(yù)測(cè)，為電網(wǎng)調(diào)度提供依據(jù)。文檔編號(hào)H02J3/38GK101794996SQ20101011077公開日2010年8月4日申請(qǐng)日期2010年2月10日優(yōu)先權(quán)日2010年2月10日發(fā)明者朱忠烈,李睿元,陸艷艷,馬則良申請(qǐng)人:華東電網(wǎng)有限公司;中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院