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WindSeer 风功率预测系统

日期:2021-11-19    来源:上海电气风电集团

国际风力发电网

2021
11/19
13:44
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关键词: 电气风电 风功率预测系统 风电场

电气风电自主研发的风功率预测系统继承并融合风电领域CFD方向国际领先技术,依托精准的CFD物理模型和大数据统计预测方法,综合国内外权威气象数据,实时采集风场测风塔数据,进行预测模型的智能校正。系统的预测精度已满足并超越电网对风电场预测功率考核要求,以及电网安全性要求,有效降低机组载荷以及合理安排维护检修时间,确保业主发电效益最大化。

系统开发以精准预测为出发点,以国家电网公司技术标准Q/GDW10588-2015《风电功率预测功能规范》为基础技术规范,结合国家电力监管委员会5号令《电力二次系统安全防护规定》的要求,依托于电气风电风云平台,充分利用大数据云计算技术,将气象数据计算以及短期预测计算部署于风云云端。

图片

① 气象数据和短期预测数据通过加密的数据文件,利用安全III区的数据转发服务器以及反向隔离装置,传输至位于安全II区的场端预测服务器;

② 场端预测服务器结合测风塔数据和气象数据,以进行超短期功率预测;

③ 短期预测数据和超短期预测数据,则通过加密数据文件,传输至安全区的SCADA服务器,随后SCADA服务器向外提供数据服务。

/ 风功率预测系统架构图 /

 技术优势 

风功率预测系统采用数值天气预报(NWP)模型、机器学习算法和计算流体动力学(CFD)等技术相融合的预测方法,不同技术之间可相互组合,形成不同预测策略。可根据实际情况,为项目选择最为匹配的策略(包括多个策略形成混合预报策略),有效提升预报的准确性,避免市面上常规功率预测系统因算法单一,而导致在部分项目不适用或准确度差的情况。

01.先进的气象数据源

多年来,电气风电与中国气象局、欧洲中期天气预报中心(ECMWF)、AWS Truepower等国内外顶尖机构深入合作,获取了全球多种高精度的气象预测数据源。同时,结合风场真实测风数据,对多种气象数据源进行综合评比和误差分析,挑选最佳匹配气象数据源;

02.地理数据信息重新勘探

能够实现单台机组功率预测,精准定位机组地理位置,确保最终预测结果真实有效。通过对不同项目现场在不同季节的地形地貌进行多次反复勘测,以获取准确的地形地貌参数,辅助CFD进行精准计算;

03.机器学习算法修正

能够实现复杂的非线性模式识别,自动识别出天气预报及电量的预测数据,并找出它们与真实值之间的差异;对天气预报数据和风机功率预测数据分别建模,实现误差修正,在各模型训练阶段,系统针对不同输入变量和不同参数设置的组合进行排列组合,获取最优模型,最大程度提升风功率预测结果的准确性;

04.基于实时在线数据的超短期预测

系统还支持接入实时测风塔和SCADA功率数据,通过建模获取当前时刻和未来时刻状态的内在联系,进一步提升模型对于超短期预报的准确性;

05.经验功率曲线

借助机组运行的真实数据,利用机器学习算法进行模式识别,获取机组在不同风况、不同季节下运行的真实功率曲线,用于后续功率预测分析。与传统固定单一的功率曲线进行电量预测不同,经验功率曲线能够更好地反映机组的真实出力情况。

 功能特点 

01.单机功率预测

与传统的功率预测系统不同,电气风电提供的风功率预测系统结合精准的CFD物理模型、气象数据降尺度计算以及人工智能大数据算法,能够实现对风场内单台机组功率的准确预测,进而实现对整场的功率预测,提升场级风功率预测的准确率;

02.短期风功率预测

利用气象数据、地形特征数据以及测风塔数据等信息,根据风场历史数据拟合出风机功率曲线模型,结合预测风速与功率曲线模型,进行单台/整场机组功率;同时满足电网调度部门规定要求,上报0~24h风电场发电功率预测曲线,预测值时间分辨率为15min,预测精度达到85%以上;

03.超短期功率预测

采用先进的大数据统计预测方法,通过对历史观测数据以及测风塔数据的统计分析,预测出单台机组及整场风功率;同时,以每15min的频率,向电力系统调度部门滚动上报未来15min~4h的风电场发电功率预测曲线,预测值时间分辨率为15min,预测精度达到90%以上;

04.数据融合

系统具有高度的数据可扩展性,能够以多种形式的数据传输方式接入其他系统的数据,并与其他系统进行数据集成,实现场级或区域级的能效管理;

05.误差分析

支持不同时间段,不同预测结果的误差分析,系统能够根据误差分析结果,进行自我修正及优化。

/ 实际发电功率与预测功率对比 /

 功能模块 

风功率预测系统的用户功能模块主要分为六大模块:预测曲线、计划停机、数据上报、综合报表、测风塔管理、系统管理等。

模块一:预测曲线

主要功能:按任意指定时间序列逐15min展示风电场的预报风速、功率与实际风速、功率的对比。可选择区域、风场、风机展示不同维度的预测结果。

模块二:计划停机

风场的计划检修停机、测试、限功率及机组亚健康运行对风功率预测的准确率影响较大,系统通过提前获取相应信息,有效修正风功率预测的结果,提升预测准确性。

模块三:数据上报

根据电网要求标准,风电场需要向电网上报风电场短期、超短期的逐15min预报功率、每5min测风塔的实测数据、理论功率、检修停机、风机信息等数据。该模块能够有效支撑相关任务目标完成。

模块四:综合报表

短期预报和超短期预报的准确率等指标均按照标准《NBT 31046-2013 风电功率预测系统功能规范》进行计算;能够对所需查询风场的各项数据指标进行展示;理论功率查询界面按照国家电网要求计算风电场内理论功率,包括测风塔法、样板机法、机头风速法,以及机头风速去检修法四种理论功率。

模块五:测风塔管理

罗列场内所有测风塔,显示当前测风塔观测数据,包括轮毂处风速、风向信息。对测风塔所有高度传感器进行实时数据监控和状态报警。详细分析测风塔数据,包括测风塔风速、风向、温度、气压、湿度传感器的统计分析,通过风玫瑰图和风廓线展示。

模块六:系统管理

界面的最下方均设置有系统状态栏,可方便用户查看系统状态;同时,可针对系统状态进行实时报警显示和历史报警记录查询。

 案例介绍 

华北某风场自2018年3月接入电气风电风功率预测系统以来,短期预测准确度持续稳定保持在80%以上;当积累一个月的数据之后,通过历史数据对模型的修正,短期预测准确度已稳定保持在85%以上,超短期预测准确度稳定保持在90%以上,得到了用户的充分肯定。

/ 华北某风场短期预测准确度 / 

/ 华北某风场短期预测准确度 /

 客户价值 

有效提升发电小时数,减少发电损失,

最大限度确保风电场年收益率

◆ 少罚款

精准的功率预测可以大幅减少业主方在电网考核中产生的罚款损失,甚至不产生罚款;

◆ 优先权

精准的功率预测可以提升上网发电小时数,确保业主在发电计划中掌握优先权;

◆ 预检修

业主能够有效合理安排场站设备及机组的维护和检修,最大限度的提高风电场的经济效益;

◆ 节约总项目成本

风功率预测系统与风云系统被同时部署在风场,部分设备实现共用,节约成本。


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