PDF《课程项目：风电功率预测》

课程项目:风电功率预测 张平文,文再文课题组 December 20,

2017 1 功功功率 率 率预 预 预测 测 测原 原 原理 理 理介 介 介绍 绍绍风电功率预测是指以风电场历史功率、历史风速、地形地貌、数值天气预报、风力发电机组运行状 态等数据建立的风电场输出功率预测模型.

风电功率预测按时间尺度可以分为长期(数年)、中期 (一周)、短期(0-72h)、超短期(0-4h),按预测范围可以分为单台风机与风力机群. 虽然有众多分类,但总体而言,风电功率预测模型可能利用的数据有历史大气数据、历史风 速、历史功率、地理条件、历史风电场机组情况,输入的参数可以包括实时大气数据、天气预报结 果、风电场机组情况(预测时间风电机组实际运行数量与最大功率),输出为风电场的功率.观察 这些量,我们可以发现因为对于某一给定风电场,地理条件与风电场机组情况是长期不变的,所以 预测可以转化为两个核心问题: ? 构建风速预测模型;

? 构建功率关于风速的函数. 对于风速预测问题,主要有两种思路,一种是用物理方法模拟大气运动及地理环境,这种思路 不需要大量历史数据,但相关方程求解困难,计算量大,另一种是用利用神经网络等统计方法从历 史数据中预测,这种办法计算速度快,但需要大量历史数据. 对于功率函数问题,目前主要的思路有两种:一是使用物理模型,但这需要大量背景知识;

另 一种是仿效第一个问题的第二种思路利用历史数据,目前是主流的办法.

2 风风风速 速 速预 预 预测 测 测描 描 描述 述述2.1 目目目标 标 标和 和 和需 需 需求 求求每天下午3点提供从次日0点开始向后24小时的功率预报结果.假设由风速转化为功率可在30分钟之 内完成,则需每天下午2:30之前提供风速预测结果. 2.2 方方方法 法法风速预测方法主要有基于物理模型的数值天气预报(NWP)和基于已有风速数据的统计方法和机器学 习方法.基于NWP的风速功率预测方法已较成熟,这是人们比较认可用于较长时间风速预测的一 种较为准确方法. 目前我们采用数值天气预报和统计分析相结合的方法进行风速预测.数值天气预报采用Weather Research and Forecasting 软件(简称WRF)进行.具体步骤为:首先下载NCEP(美国国家环境 预报中心)提供的全球数值预报结果,再将其输入WRF进行中尺度预报,得到风机所在位置的预 测风速.但是这个风速往往不太准确,需要风机提供的历史风速测量数据对数值预报结果进行校 正. 2.3 我我我们 们 们的 的 的问 问 问题 题题根据WRF给出的风机所在位置的预测风速,和历史测量风速,给出风机所在位置的更准确的预测 风速.

1 3 风风风电 电 电场 场 场功 功 功率 率 率预 预 预测 测 测描 描 描述 述述3.1 数数数学 学 学问 问 问题 题题对给定一个区域的风场,我们的任务是在每天的 15:00 之前给出对第二天的风电功率的预测.我们 可以使用的是未来几天的 NWP (天气预报)的数据以及目前已有的风场的测量数据. 此外,对于压强和温度,只有预测数据,缺乏实地测量数据.但依然在某些模型下可以当作输 入进行训练. 值得注意的是,在实际功率的数据中,由于机械或者网络原因,会存在风机中的数据出现异常 情况(多为向量中的一段全0),大部分情况下,都会有风机的状态异常的时刻记录.但某些情况 下,也存在风机状态异常但没有任何异常状态标志的情况.例如,V Rt >