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新能源功率预测系统集中式接入管理方案探讨

日期:2021-11-08    来源:风电后市场微平台  作者:周盛龙 等

国际风力发电网

2021
11/08
17:39
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关键词: 风电运维 风电项目 风电建设

引言

在能源危机和全球变暖的时代背景下,近年来新能源技术飞速发展,装机容量显著提升,到2020年底,全国风电和太阳能发电装机容量已达到5.35亿千瓦[1]。随着碳达峰、碳中和目标的提出和以新能源为主体的新型电力系统建设,风电、太阳能发电等新能源发电在未来十年内将迎来新的一轮发展高潮。

根据《风电场接入电力系统技术规定》(GB∕T19963-2011)和《光伏发电站接入电力系统技术规定》(GB∕T19964-2012),风电场和装机容量在10MW及以上的光伏电站均应部署风电/光伏发电功率预测系统,按规定生成、上报短期与超短期预测文件。随着新能源的大规模开发、并网,当前的功率预测准确率标准已不能满足以新能源为主体的新型电力系统运行需要,与此同时,建设区域集控中心,实行新能源场站的集中监控、集中检修和探索无人值班已成为新的发展方向,现行的以单个场站为单位的新能源功率预测管理体系必须及时调整。在这样的背景下,以功率预测集中式管理和集中式预测为代表的新能源区域集中式功率预测系统应运而生。

1 集中式管理方案

新能源区域集中式功率预测系统能够采集区域内各新能源场站上传的机组、方阵实时运行数据、气象站数据、短期与超短期预测文件、告警信息等,结合外部数值天气预报,可以对所属新能源场站进行独立的功率预测,并实现对所有场站功率预测业务的集中式管理,以提高数据的利用率和预测的准确性。

1.1 系统架构

新能源区域集中式功率预测系统的架构与新能源场站的风电/光伏发电功率预测系统基本一致,由功率预测主服务器、工作站、交换机、反向隔离装置、天气预报下载服务器、硬件防火墙等组成,系统架构如图1所示。

图1 新能源区域集中式功率预测系统的系统架构图

根据《电力监控系统安全防护规定》《电力监控系统安全防护总体方案》和《发场站监控系统安全防护方案》,新能源区域集中式功率预测系统主要位于生产控制大区中的非控制区,因涉及互联网中的天气预报下载,还延伸到管理信息大区。其中,功率预测主服务器部署在区域集控中心的生产控制大区(非控制区),完成数据采集、历史存储、功率预测、结果上传及WEB发布等功能;天气预报下载服务器部署在管理信息大区,通过硬件防火墙实时从气象机构获取包含数值天气预报在内的数据文件;反向隔离装置负责管理信息大区与生产控制大区(非控制区)之间的气象数据交换,将管理信息大区的气象文本文件从天气预报下载服务器传到位于生产控制大区(非控制区)的主服务器;用户可通过工作站完成对区域集中式功率预测系统的监视和维护工作。

新能源区域集中式功率预测系统采用调度数据网和运营商数据专线与各场站的功率预测系统进行通信,采集各场站功率预测系统的数据、信息。在纵向网络安全方面,分别在区域集控中心和场站两侧设置经国家指定部门检测认证的电力专用纵向加密认证装置,实现双向身份认证、数据加密和访问控制,网络拓扑如图2所示。

图2 新能源区域集中式功率预测系统网络拓扑图

1.2 数据采集

由于各场站使用的功率预测系统厂家不一,从系统底层架构到预测算法、上传调度的传输方式均各不相同,结合运维管理、统计分析等实际业务需求,新能源区域集中式功率预测系统形成了统一的数据采集规范,包括短期、超短期预测数据、天气预报文件、测风塔(或环境监测仪)数据、场站功率预测状态文件等5项内容。

1.2.1 数据采集规范

集中式功率预测系统采集的据包括实时数据和非实时数据。为保证数据传输的可靠性,在满足网络安全的前提下,实时数据推荐使用102或104协议传输,非实时数据推荐使用102或SFTP协议将数据转为文件格式传输。

风电场传输的实时数据包括外送线路有功功率、风机风速、风机状态、测风塔风速和风向等,光伏电站传输的实时数据包括外送线路有功功率、辐照度、环境监测仪监测数据等,通过102或104协议将实时数据转发至新能源区域集中式功率预测主服务器。

新能源场站传输的非实时数据包括短期预测文件、超短期预测文件、天气预报文件、子站功率预测状态文件等数据,通过102或SFTP协议将非实时数据经过调度数据网或运营商数据专线上传到集控中心数据采集前置服务器,由前置服务器将文件同步转发至新能源区域集中式功率预测主服务器。

1.2.2 预测文件格式

考虑到短期、超短期预测数据已在场站功率预测系统中生成,为减少研发工作量,统一按照各场站上传调度的短期、超短期预测文件格式,按照相关预测文件上报调度的时间节点同步转发至集控中心。

1.2.3 天气预报文件格式

考虑到各场站每日下载的气象文件格式差异较大,为减少研发工作量,待气象文件存入数据库后,优化为统一了文件类型、文件名称和文件内容的格式,并按照短期预测文件上报时间节点同步转发至集控中心。其中,文件类型统一为xls或txt格式;文件名称统一为:场站名称+NWP+年月日;文件内容统一为:(1)风电:10m/30m/50m/70m/80m/90m风速、风向以及场站气温(摄氏度)、湿度(相对湿度,值0-100)、气压(百帕);(2)光伏:时刻,总辐射,温度(摄氏度),湿度(相对湿度,值0-100),气压(百帕),风速,风向。

1.2.4 测风塔(或环境监测仪)数据格式

测风塔(或环境监测仪)数据使用102或104协议进行实时传输,数据内容包括10m/30m/50m/70m/80m/90m风速、风向以及场站气温(摄氏度)、湿度(相对湿度,值0-100)、气压(百帕)。

1.2.5 场站功率预测状态文件格式

考虑到各场站功率预测系统不一的情况,将系统运行状态优化为统一了文件类型、文件名称和文件内容的格式,按照超短期预测文件上报时间节点同步转发至集控中心。其中,文件类型统一为xls或txt格式;文件名称统一为:场站名称+YX+年月日+时分;文件内容包括:短期预测文件上送电网状态、超短期预测文件上送电网状态、短期预测文件生成状态、超短期预测文件生成状态、气象预报下载状态、实时气象数据采集(通讯)状态、实时功率数据采集(通讯)状态、系统对时状态。

2 运行管理

新能源场站的功率预测系统采用的预测数据较为单一,缺乏与本场站发电数据、临近场站气象数据等联系,缺乏上下游联动,无法从更加宏观的角度进行预测,在提升功率预测系统的准确率方面效果有限。

将新能源场站的功率预测数据接入区域集中式功率预测系统后,在功率预测方面,可以结合预测数据、实际发电功率、风速变化、天气情况等,有针对性的开展预测模型优化工作,充分挖掘自有数据的价值,发挥临近场站数据的关联性,提高场站功率预测的准确率;在系统监管方面,可对各场站的功率预测系统进行统一监管,对系统故障进行快速精准识别,及时报警并组织处理,通过合理安排有针对性的巡检维护,可以做到提前预防、主动消缺,降低故障次数,大幅提升场站功率预测系统运行的稳定性;在检修管理方面,可以实现场站预测功率的统计分析、气象信息跟踪预警、系统运行状态监视等功能,结合气象数据、功率变化、各场站的检修需求,合理利用小风(低光照强度)时段安排场站的运维检修工作,切实提高新能源场站的发电能力。

3 实施效果

将各场站的功率预测数据统一接入新能源区域集中式功率预测系统后,实现了预测数据的高效读取入库、系统运行状态快速全面监视,降低了新增场站接入后数据扩展再开发的难度。以某公司为例,自2016年实现场站集中监控、2017年区域集中式功率预测系统投入运行以来,累计发现并消除场站功率预测系统故障140次,开展模型优化51次,综合预测准确率由年平均71%提升至83%,场站功率预测系统的故障率逐年降低,预测准确率逐年提升,大幅降低了“两个细则”考核造成的电量损失,充分发挥了数据资产的价值和发电效率。

4 小结

随着国家绿色低碳转型的进一步推进,新能源场站将全面落地开花,如何做好资产的高效管理,成为各新能源开发企业亟待解决的问题。新能源区域集中式功率预测系统作为适应新能源集约化管理的一项探索,通过规范场站功率预测数据接入标准,有效整合数据资产,实行统一监控,解决了场站功率预测系统维护成本高、集约化管理后监管不到位等问题,有效利用大风时期发电、小风时期检修,切实提高了资源利用效率和发电效益。

参考文献

[1]国家能源局,020年全国电力工业统计数据[EB/OL],2021-01-20.


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