調(diào)度側(cè)風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用

王煒，張國建，姜鳴，周永華，周強(qiáng)

（1.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司大理供電局，云南大理 671000；2.南瑞集團(tuán)公司（國網(wǎng)電力科學(xué)研究院），江蘇南京 211106；3.東莞理工學(xué)院，廣東東莞 523000）

調(diào)度側(cè)風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用

王煒1，張國建2，姜鳴3，周永華2，周強(qiáng)1

（1.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司大理供電局，云南大理 671000；2.南瑞集團(tuán)公司（國網(wǎng)電力科學(xué)研究院），江蘇南京 211106；3.東莞理工學(xué)院，廣東東莞 523000）

為解決風(fēng)電場功率預(yù)測數(shù)據(jù)異常和數(shù)據(jù)丟失的問題，提出了一種調(diào)度側(cè)風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)方案。調(diào)度側(cè)風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)由數(shù)值天氣預(yù)報下載服務(wù)器、反向物理隔離裝置、數(shù)據(jù)采集與處理服務(wù)器、預(yù)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和功率預(yù)測應(yīng)用服務(wù)器構(gòu)成。通過在云南大理電網(wǎng)的應(yīng)用結(jié)果表明：調(diào)度側(cè)風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)與發(fā)電側(cè)風(fēng)電功率預(yù)測數(shù)據(jù)相互校核，互為備用，進(jìn)一步提高了全網(wǎng)預(yù)測精度，保障了電網(wǎng)的安全運行；系統(tǒng)效果良好，安全性高，實用性強(qiáng)。

風(fēng)力發(fā)電；功率預(yù)測；調(diào)度中心

風(fēng)力發(fā)電在國內(nèi)受到重視，但由于風(fēng)電具有間歇性、波動性、周期性等特點，大規(guī)模風(fēng)電場接入電網(wǎng)勢必會對整個電網(wǎng)的安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運行造成影[1-2]。風(fēng)電預(yù)測是解決大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)對電力系統(tǒng)運行沖擊的基本措施之一，可為風(fēng)電場制定發(fā)電計劃提供準(zhǔn)確的依據(jù)，保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行[3-5]。

在以往的風(fēng)電預(yù)測系統(tǒng)中，一般在發(fā)電側(cè)部署風(fēng)電功率預(yù)測，調(diào)度中心的數(shù)據(jù)來自于風(fēng)電場上送數(shù)據(jù)。部分風(fēng)力資源豐富的地區(qū)，隨著風(fēng)電大力開發(fā)，接入電網(wǎng)的風(fēng)電場數(shù)量越來越大，上送數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性受到了極大的挑戰(zhàn)，因而亟待建設(shè)調(diào)度側(cè)風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)[6-8]。在調(diào)度側(cè)建設(shè)風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)，對下轄風(fēng)電場輸出功率進(jìn)行集中預(yù)測，通過對比風(fēng)電場上報的功率預(yù)測結(jié)果和調(diào)度側(cè)風(fēng)電場功率預(yù)測結(jié)果，電網(wǎng)調(diào)度部門可以擇優(yōu)選擇切合風(fēng)電場真實發(fā)電能力的預(yù)測結(jié)果編制發(fā)電計劃，同時也可以對風(fēng)電場運行數(shù)據(jù)和預(yù)測模型進(jìn)行有效的統(tǒng)一管理。本文將提出一種調(diào)度側(cè)風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)的方案。

1 調(diào)度側(cè)風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)架構(gòu)

1.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計

利用標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化設(shè)計技術(shù)，采用C/S架構(gòu)與分層設(shè)計思想，設(shè)計調(diào)度側(cè)風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)，以滿足系統(tǒng)功能模塊間既獨立工作又相互協(xié)調(diào)。風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)位于調(diào)度側(cè)調(diào)控中心安全I(xiàn)I區(qū)，由數(shù)值天氣預(yù)報下載服務(wù)器、反向物理隔離裝置、數(shù)據(jù)采集與處理服務(wù)器、預(yù)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和功率預(yù)測應(yīng)用服務(wù)器構(gòu)成。系統(tǒng)模塊內(nèi)部及與其他應(yīng)用間的網(wǎng)絡(luò)通信在邊界網(wǎng)絡(luò)處配置物理隔離設(shè)備和硬件防火墻，以滿足《電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)規(guī)定》的相關(guān)要求。調(diào)度側(cè)風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)總體架構(gòu)見圖1。

圖1 調(diào)度側(cè)風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)總體架構(gòu)圖Fig.1 Overall architecture diagram of wind power forecasting system at the dispatching center

圖1中，數(shù)值天氣預(yù)報下載服務(wù)器經(jīng)防火墻與Internet聯(lián)接，并經(jīng)反向物理隔離裝置和數(shù)據(jù)采集與處理服務(wù)器相連，數(shù)據(jù)采集與處理服務(wù)器與調(diào)度SCADA系統(tǒng)經(jīng)防火墻聯(lián)接，與風(fēng)電場功率預(yù)測系統(tǒng)采用2 M專線經(jīng)縱向加密認(rèn)證裝置聯(lián)接，同時和功率預(yù)測應(yīng)用服務(wù)器分別與預(yù)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器相連接并雙向通訊。

數(shù)值天氣預(yù)報下載服務(wù)器用于下載風(fēng)電場數(shù)值天氣預(yù)報數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)采集與處理服務(wù)器用于獲取風(fēng)電場的數(shù)值天氣預(yù)報數(shù)據(jù)、實時運行數(shù)據(jù)以及功率預(yù)測系統(tǒng)上報的短期和超短期功率預(yù)測數(shù)據(jù)，并對數(shù)值天氣預(yù)報數(shù)據(jù)、實時運行數(shù)據(jù)、短期和超短期功率預(yù)測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后存入預(yù)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中。

功率預(yù)測應(yīng)用服務(wù)器基于預(yù)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中存儲的風(fēng)電場數(shù)值天氣預(yù)報數(shù)據(jù)和實時運行數(shù)據(jù)，實現(xiàn)調(diào)度側(cè)風(fēng)電場及電網(wǎng)全網(wǎng)的短期和超短期功率預(yù)測、功率預(yù)測誤差計算，并將預(yù)測結(jié)果和預(yù)測誤差計算統(tǒng)計結(jié)果存入預(yù)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中。

1.2 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計

系統(tǒng)從功能上主要劃分為風(fēng)電場數(shù)值天氣預(yù)報下載傳輸模塊、風(fēng)電場數(shù)據(jù)采集處理模塊、區(qū)域/場站功率預(yù)測模塊、預(yù)測誤差計算統(tǒng)計模塊和人機(jī)界面交互模塊等，見圖2。

圖2 調(diào)度側(cè)風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)功能模塊圖Fig.2 Function module diagram of wind power forecasting system at the dispatching center

數(shù)值天氣預(yù)報下載服務(wù)器上部署有天氣預(yù)報下載模塊和天氣預(yù)報傳輸客戶端軟件，其中天氣預(yù)報下載模塊通過互聯(lián)網(wǎng)與專業(yè)權(quán)威氣象服務(wù)機(jī)構(gòu)連接，采用ftp方式定時下載風(fēng)電場數(shù)值天氣預(yù)報數(shù)據(jù)，包括10 m、30 m、50 m和輪轂高層4個代表高層的風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、相對濕度、氣壓等要素；天氣預(yù)報傳輸客戶端軟件，將天氣預(yù)報下載模塊下載的風(fēng)電場數(shù)值天氣預(yù)報數(shù)據(jù)以文本文件格式實時單向傳輸給數(shù)據(jù)采集與處理服務(wù)器，從而保證了電網(wǎng)系統(tǒng)的安全。

數(shù)據(jù)采集與處理服務(wù)器上部署有天氣預(yù)報傳輸服務(wù)端軟件、風(fēng)電場實時數(shù)據(jù)采集模塊、風(fēng)電場預(yù)測數(shù)據(jù)接收模塊和數(shù)據(jù)處理模塊，其中天氣預(yù)報傳輸服務(wù)端軟件用于接收天氣預(yù)報傳輸客戶端軟件發(fā)送的風(fēng)電場數(shù)值天氣預(yù)報數(shù)據(jù)；風(fēng)電場實時數(shù)據(jù)采集模塊，通過配置與調(diào)度SCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口來采集風(fēng)電場總有功、風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、相對濕度、氣壓以及風(fēng)機(jī)運行狀態(tài)等實時運行數(shù)據(jù)，調(diào)度SCADA系統(tǒng)通過防火墻和數(shù)據(jù)采集與處理服務(wù)器相連；風(fēng)電場預(yù)測數(shù)據(jù)接收模塊，支持ftp或IEC102規(guī)約方式接收風(fēng)電場功率預(yù)測系統(tǒng)上報的短期、超短期功率預(yù)測數(shù)據(jù)，預(yù)測數(shù)據(jù)支持E語言格式和XML格式，風(fēng)電場功率預(yù)測系統(tǒng)通過縱向加密認(rèn)證裝置經(jīng)2 M專線和數(shù)據(jù)采集與處理服務(wù)器相連；數(shù)據(jù)處理模塊，對風(fēng)電場實時運行數(shù)據(jù)、數(shù)值天氣預(yù)報數(shù)據(jù)和上報功率預(yù)測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，對不合理數(shù)據(jù)和缺測數(shù)據(jù)進(jìn)行插補(bǔ)和替代，并將處理后的數(shù)據(jù)存入預(yù)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中。

功率預(yù)測應(yīng)用服務(wù)器上部署有區(qū)域/場站功率預(yù)測模塊、預(yù)測誤差計算統(tǒng)計模塊和人機(jī)界面交互模塊，其中區(qū)域/場站功率預(yù)測模塊，用于根據(jù)風(fēng)電場基礎(chǔ)參數(shù)和歷史功率數(shù)據(jù)建立預(yù)測模型，基于風(fēng)電場數(shù)值天氣預(yù)報數(shù)據(jù)實現(xiàn)調(diào)度側(cè)風(fēng)電場及電網(wǎng)全網(wǎng)的短期和超短期功率預(yù)測，同時將預(yù)測結(jié)果存入預(yù)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中；預(yù)測誤差計算統(tǒng)計模塊用于對風(fēng)電場上報的歷史短期、超短期功率數(shù)據(jù)、調(diào)度側(cè)預(yù)測的歷史短期、超短期功率數(shù)據(jù)和電網(wǎng)全網(wǎng)的歷史短期、超短期功率數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確率、合格率、上報率等誤差指標(biāo)的計算、統(tǒng)計和分析，并將計算統(tǒng)計結(jié)果存入預(yù)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中；人機(jī)界面交互模塊用于對預(yù)測系統(tǒng)的運行參數(shù)和風(fēng)電場的基礎(chǔ)參數(shù)進(jìn)行配置和維護(hù)，并將配置參數(shù)存入預(yù)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中，支持對風(fēng)電場的總有功、風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、相對濕度、氣壓等實測和預(yù)測數(shù)據(jù)及預(yù)測誤差計算統(tǒng)計結(jié)果進(jìn)行可視化展示，可視化展示方式包括曲線、報表、玫瑰圖、柱狀圖等，同時支持對風(fēng)電場上報預(yù)測數(shù)據(jù)進(jìn)行人工修正及用戶權(quán)限管理。

預(yù)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器用于存儲數(shù)據(jù)處理模塊處理的各類數(shù)據(jù)、參數(shù)配置模塊配置的參數(shù)、功率預(yù)測模塊輸出的預(yù)測結(jié)果和預(yù)測誤差計算統(tǒng)計模塊得到的計算統(tǒng)計結(jié)果。

2 調(diào)度側(cè)預(yù)測系統(tǒng)應(yīng)用

本調(diào)度側(cè)風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)已在云南大理電網(wǎng)進(jìn)行了應(yīng)用。大理電網(wǎng)統(tǒng)調(diào)風(fēng)電場12座，分布于賓川、洱源、鶴慶、大理、劍川、巍山、祥云、云龍8個地區(qū)，總裝機(jī)容量達(dá)922.5 MW。系統(tǒng)通過從安全I(xiàn)區(qū)SCADA系統(tǒng)采集風(fēng)電場實時運行數(shù)據(jù)、風(fēng)電機(jī)組運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，從安全I(xiàn)II區(qū)數(shù)值天氣預(yù)報下載服務(wù)器接收風(fēng)電場數(shù)值天氣預(yù)報數(shù)據(jù)以及從風(fēng)電場安全I(xiàn)I區(qū)風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)接收上報的短期/超短期功率預(yù)測數(shù)據(jù)，不僅實現(xiàn)了調(diào)度側(cè)并網(wǎng)風(fēng)電場的功率預(yù)測，還實現(xiàn)了大理電網(wǎng)全網(wǎng)/區(qū)域的功率預(yù)測，同時為用戶提供友好的訪問界面，支持功率數(shù)據(jù)、測風(fēng)數(shù)據(jù)和氣象信息等一系列數(shù)據(jù)的采集監(jiān)視、預(yù)測分析、考核統(tǒng)計和報表導(dǎo)出等功能，滿足國家能源局和國家電網(wǎng)公司相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)具備高效、精確、智能的特點，為整個發(fā)電計劃以及運行方式的制定提供基礎(chǔ)和保障。本系統(tǒng)平臺軟件完全兼容D5000數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)規(guī)范，具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)接入能力，支持多種數(shù)據(jù)接入?yún)f(xié)議采用統(tǒng)一編碼設(shè)計，支持跨平臺運行，實現(xiàn)數(shù)據(jù)和應(yīng)用的分離，保證系統(tǒng)的兼容性，且系統(tǒng)功能伸縮性和擴(kuò)展性好。

目前，風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)已穩(wěn)定運行，取得了良好的效果。運用系統(tǒng)內(nèi)嵌的典型風(fēng)場距離加權(quán)法對大理電網(wǎng)全網(wǎng)短期功率進(jìn)行預(yù)測，并與全網(wǎng)實測功率以及利用風(fēng)場預(yù)測結(jié)果累加法得到的全網(wǎng)短期預(yù)測功率進(jìn)行對比，見圖3。對比2016年3月1日至31日的全網(wǎng)功率曲線，運用典型風(fēng)場距離加權(quán)法較風(fēng)場預(yù)測結(jié)果累加法求得的電網(wǎng)全網(wǎng)短期功率預(yù)測結(jié)果更趨近于全網(wǎng)實測功率。典型風(fēng)場距離加權(quán)法的月均方根誤差和月平均相對誤差分別為7.95%和6.70%，相比于累加法，其均方根誤差和平均相對誤差分別減少了3.02%和2.88%。調(diào)度側(cè)風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)提高了全網(wǎng)預(yù)測精度，保障了電網(wǎng)的安全運行。

圖3 大理電網(wǎng)全網(wǎng)功率曲線Fig.3 The power curve of Dali Power Grid

3 結(jié)語

該系統(tǒng)通過在調(diào)度側(cè)為風(fēng)電場統(tǒng)一定制數(shù)值天氣預(yù)報，結(jié)合風(fēng)電場功率數(shù)據(jù)，實現(xiàn)調(diào)度側(cè)風(fēng)電場及電網(wǎng)全網(wǎng)的短期和超短期功率預(yù)測；同時通過對比風(fēng)電場上報的功率預(yù)測結(jié)果和調(diào)度側(cè)風(fēng)電場功率預(yù)測結(jié)果，電網(wǎng)調(diào)度部門可以擇優(yōu)選擇切合風(fēng)電場真實發(fā)電能力的預(yù)測結(jié)果編制發(fā)電計劃。調(diào)度側(cè)風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)與發(fā)電側(cè)預(yù)測數(shù)據(jù)相互校核，互為備用，進(jìn)一步提高了全網(wǎng)預(yù)測精度，保障了電網(wǎng)的安全運行。該系統(tǒng)在云南大理電網(wǎng)應(yīng)用效果良好，安全性高，實用性強(qiáng)。

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（編輯 董小兵）

Design and Application of Wind Power Forecasting System at Dispatching Center

WANG Wei1，ZHANG Guojian2，JIANG Ming3，ZHOU Yonghua2，ZHOU Qiang1
（1.Dali Power Supply Bureau of Yunnan Power Grid Co.Ltd.，Dali 671000，Yunnan，China；2.NARI Group Corporation（State Grid Electric Power Research Institute），Nanjing 211106，Jiangsu，China；3.Dongguan University of Technology，Dongguan 523000，Guangdong，China）

In order to address the prediction data anomaly and data loss in wind farms，a scheme of wind power forecasting systematthedispatching center is proposed in this paper.The wind powerpredictionsystematthedispatchingcenterconsistsofnumerical weather forecasting server，reverse physical isolation device，data acquisition and processing server，prediction system database serverandpowerpredictionapplicationserver.Thewindpower forecasting system at the dispatching center and the wind power forecasting data at the generating station are mutually checked to further improve the forecasting accuracy and ensure the safe operation of the grid.ThesystemisnowinoperationinYunnanDali grid.

wind power；power forecasting；dispatching centers

2015-11-01。

王 煒（1976—），男，本科，工程師，主要從事電力系統(tǒng)調(diào)度自動化工作；

張國建（1986—），男，碩士，工程師，主要從事新能源預(yù)測技術(shù)、氣象信息技術(shù)研究工作；

姜 鳴（1982—），男，博士，主要從事電力系統(tǒng)自動化、新能源預(yù)測技術(shù)研究工作；

周永華（1979—），男，碩士，主要從事電力系統(tǒng)自動化、新能源預(yù)測技術(shù)研究工作；

周 強(qiáng)（1983—），男，工程師，學(xué)士，主要從事電力系統(tǒng)調(diào)度自動化工作。

1674-3814（2017）05-0079-04

TM614

A

國家科技支撐計劃資助項目（2012BAA15G00）；廣東省自然科學(xué)基金資助項目（2016A030313134）。

Project Supported by the National Key Technology Research and Development Program of the Ministry of Science and Technology of China（2012BAA15G00）；the Natural Science Foundation of Guangdong Province of China（2016A030313134）.