由于風(fēng)力發(fā)電的間歇性、隨機(jī)性和波動(dòng)性，給的穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)了挑戰(zhàn)。對(duì)風(fēng)力發(fā)電功率進(jìn)行預(yù)測(cè)，可以幫助調(diào)度部門做好各類電源的調(diào)度計(jì)劃，運(yùn)行的穩(wěn)定性，同時(shí)也可以消納風(fēng)電的能力，進(jìn)而減少了由于限電給風(fēng)電開發(fā)商帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失，增加了風(fēng)電場(chǎng)率。風(fēng)電功率預(yù)測(cè)不為的調(diào)度計(jì)劃提供依據(jù)，同時(shí)也能為風(fēng)電場(chǎng)的管理工作提供輔助手段。
能源局2011年6月發(fā)布《能源局關(guān)于印發(fā)風(fēng)電場(chǎng)功率預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)管理暫行辦法的通知》(國(guó)能新能[2011]177號(hào))，通知對(duì)風(fēng)電場(chǎng)功率預(yù)測(cè)提出要求，根據(jù)辦法第九條要求，風(fēng)電場(chǎng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)提供的日預(yù)測(cè)曲線誤差不過(guò)25%;實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)誤差不過(guò)15%。全天預(yù)測(cè)結(jié)果的均方根誤差應(yīng)小于20%。
在此文件的指導(dǎo)下，近年來(lái)，各省/區(qū)調(diào)度中心對(duì)所轄區(qū)域內(nèi)風(fēng)電場(chǎng)功率預(yù)測(cè)提出了考核機(jī)制，如山西、河北等省，新疆地區(qū)也從2015年開始進(jìn)行考核。考核機(jī)制的細(xì)化和落實(shí)，對(duì)風(fēng)功率預(yù)測(cè)提出了更高的要求，各風(fēng)電場(chǎng)為避免被處罰，須配置穩(wěn)定的、高的風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)。
“高風(fēng)電功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)”是以高數(shù)值氣象預(yù)報(bào)為基礎(chǔ)，搭建的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，利用各種通訊接口采集風(fēng)電場(chǎng)集控和升壓站數(shù)據(jù)，采用人工智能經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、粒子群優(yōu)化、風(fēng)電信號(hào)數(shù)值凈化、時(shí)空模式分類器及數(shù)據(jù)挖掘算法對(duì)各個(gè)風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行建模，完成對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的短期風(fēng)電功率預(yù)測(cè)、短期風(fēng)電功率預(yù)測(cè)工作。系統(tǒng)要能夠提供人性化的人機(jī)交互界面，方便查看歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)。
高數(shù)值天氣數(shù)據(jù)是以中尺度模式數(shù)值氣象預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合風(fēng)電場(chǎng)微觀選址及針對(duì)不同地域特點(diǎn)的參數(shù)化方案，經(jīng)過(guò)大規(guī)模并行分布式計(jì)算機(jī)集群的模式計(jì)算優(yōu)化后得到高的中小尺度數(shù)值天氣預(yù)報(bào)，作為風(fēng)功率預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)。
風(fēng)功率預(yù)測(cè)中，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模是關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)。根據(jù)預(yù)測(cè)時(shí)采用的數(shù)學(xué)模型不同分為物理模型、統(tǒng)計(jì)模型。物理模型是在風(fēng)電場(chǎng)物理環(huán)境和風(fēng)功率之間建立一種聯(lián)系，該方法中，需要對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的地形、粗糙度、周圍障礙物等進(jìn)行建模，將數(shù)值天氣預(yù)報(bào)速、風(fēng)向、氣壓、氣溫等氣象值換算成風(fēng)電機(jī)組輪轂高度的相應(yīng)數(shù)值，然后結(jié)合風(fēng)機(jī)本身的功率曲線預(yù)測(cè)每一個(gè)風(fēng)機(jī)的功率，并考慮風(fēng)機(jī)間尾流影響，綜合得到整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)功率。該方法優(yōu)點(diǎn)是不需要長(zhǎng)期積累大量測(cè)量數(shù)據(jù)，缺點(diǎn)是需要充足的氣象知識(shí)，對(duì)模型的度要求較高，預(yù)測(cè)效果不太理想。
統(tǒng)計(jì)模型方法是在模型的輸入(數(shù)值天氣預(yù)報(bào)和風(fēng)電場(chǎng)的其它測(cè)量數(shù)據(jù))和模型的輸出(風(fēng)電場(chǎng)預(yù)測(cè)功率)之間建立一種映射關(guān)系。統(tǒng)計(jì)方法的優(yōu)點(diǎn)是預(yù)測(cè)誤差小，缺點(diǎn)是需要長(zhǎng)期的測(cè)量數(shù)據(jù)以訓(xùn)練模型參數(shù)，此外，當(dāng)天氣狀況發(fā)生突變時(shí)，系統(tǒng)的預(yù)測(cè)度就會(huì)下降，因此對(duì)這些突然變化的天氣狀況進(jìn)行修正是很重要的，否則將會(huì)產(chǎn)生較大的預(yù)測(cè)誤差。常見(jiàn)的統(tǒng)計(jì)模型有：智能經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、卡爾曼濾波、時(shí)間序列等方法。
結(jié)合上述兩種建模方式，可以采用混合建模，在現(xiàn)有時(shí)間序列模型下，采用人工智能技術(shù)，引入概率統(tǒng)計(jì)學(xué)理論以及智能優(yōu)化算法，針對(duì)電場(chǎng)地形及氣候特點(diǎn)，細(xì)化建模，加深建模深度，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜性建模，風(fēng)電場(chǎng)功率預(yù)測(cè)的。
總之，隨著各地對(duì)風(fēng)電場(chǎng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)的考核機(jī)制逐步落實(shí)和推行，對(duì)風(fēng)功率預(yù)測(cè)提出了更高的要求，各風(fēng)電場(chǎng)未來(lái)將更多的關(guān)注穩(wěn)定的、高的預(yù)測(cè)系統(tǒng)，這也將國(guó)內(nèi)風(fēng)電場(chǎng)功率預(yù)測(cè)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和。
