論峽谷風電場風功能預測系統的準確性

馬偉力

摘 要：本文針對峽谷中風電場風功率預測系統進行分析，主要研究風功率預測系統的準確性，為相關人員提供理論參考。

關鍵詞：峽谷風電場 風功率預測 預測系統 準確性分析

1.峽谷風電場風功率預測的必要性

在我國近年來的電力發展中，風力發電的重要性不言而喻。隨著經濟和科技的發展，我國風力發電的建設路徑逐漸由集中式開發轉化成為分散式與集中式開發并存的發電模式。風電場的建設區域也從風資源較好、地形較為簡單的區域向峽谷、山區等地形復雜的區域發展。因峽谷地形復雜，地貌變化較大，會對風電場的后續運行造成一定的不利影響，因此針對峽谷的電網考核較為嚴重。而風功率預測能夠幫助電網合理的進行調度，對風電場的發電計劃有著優化的作用，不但能夠改善電網的調峰能力，還能增強電網的容量，保證電網的經濟性，由此，對風電場進行風功率的預測十分必要。同時峽谷的獨特地形會為風功率的預測帶來一定的不確定性，即使在同一地址區域內，風能資源的分布也可能大不相同。并且會存在繞流和漩渦的情況，相應的風功率預測準確率較低，預測數值和實際數值會存在較大的差異。在加上峽谷中存在的狹管效應，在很大程度上增加了風功率預測的難度。因此，必須結合峽谷地區的地形地貌，運用科學合理的預測方式，提高預測精度，保證對風功率的預測準確無誤[1]。

2.風電場風功率預測系統

風電場風功率預測系統的基本組成包括：功能預測主機、防火墻、NWP處理服務器、預測系統客戶端、反向物理隔離裝置、網絡設備以及相應的輔助設施。其中風功率預測主機包括數據預處理服務、數據庫服務以及預測算法引擎服務這三個應用的服務程序[2]。

風電場風功率預測系統中所包含的預測方法主要有兩種，一種是建立在時間序列的基礎上，一種是建立在數值氣象預報的基礎上，目前應用較為廣泛的是基于數值氣象預報的預測方式。而在這種預測方法中，又分成基于統計的方法和基于物理建模的方法兩種。統計建模預測方法相對而言，準確度較高，且建模過程簡單，預測速度較快，但所需數據量十分巨大，單獨使用并不能滿足我國風電場的發展需求。而物理建模預測方法，并不需要龐大的數據作為支撐，但其建模過程過于復雜，模型計算的速度緩慢，并且準確度相比而言較低，但是能夠實現模型和風電場的同步投運功能[3]。

3.對風電場風功率預測系統準確性的影響因素

3.1 統計建模預測方法對準確性的影響

氣象數據的采集利用氣象傳感器獲取，在成功獲取數據之后，要對數據進行合理的處理以確保精準程度，之后對獲取的數據建立相應的數學模型，利用相應的計算公式對數據風功率進行預測計算。在此過程中，要對數據進行科學的管理和驗證，從而保證數據的完整程度，消除一些錯誤數值，并通過驗證確保數據的有效性，同時測風塔數據采集方式對準確性的影響較大，極可能因設備質量問題，造成數據的丟失，致使預測服務器無法進行更為精準的計算。一旦發生數據丟失可以根據實際情況使用插值填補法進行修補，但要注意這種方法只針對個別缺失數據有效，在缺失數據較多的情況，可以選用其他氣象因子代替。

3.2 物理建模預測方法對準確性的影響

統計建模預測算法的核心在于物理模型和換算方法，對風電場發電機組的風功率曲線進行分析，從而得到各個機組的預測功率。隨后再對其進行綜合，從而得到整個風電場的出力情況。在這種方法中，物理模型的精準程度會直接影響預測結果的準確性，同時峽谷這類復雜地形中風機高度不一，風速奉陪密度不同，會直接對風功率預測的準確度造成影響，同時還需考慮海拔和電容差異導致機組間的垂直方向落差。因此，在使用物理建模方法進行預測時，首先要考慮物理模型中風速引起的誤差，可以適當增加階段性的實測數據，在風電場分區內建立多個模型。之后對風速進行換算，在此過程中，要注意測風計存在的誤差情況。為了減少這類誤差的產生，選取科學合理的風功率預測誤差指標進行評估，較為有效的評價指標有平均誤差、絕對誤差、均方根誤差等。同時本文建議使用以下公式進行風速的換算，其中V為在相應高度時的平均風速，u為摩擦速度，k為卡門系數，H為高度，從而確保預測結果準確有效。

3.3 風電場運行方式對準確性的影響

在對風功率進行預測時，風電場的運行方式也會對預測的準確性帶來一定的影響作用，例如風電場自身的運行維護、運行人員的相應操作等。在風電場的輸出功率比電力系統的接納能力大時，風電場就會被限電。因此要結合風電場的實際情況，選取科學合理的算法對風功率進行預測。一般情況可以采用以下公式對實際功率進行計算。

3.4 提升峽谷風電場風功率預測準確度的建議

針對峽谷這類特殊地形而言，想要提升風電場風功率預測的準確性，首先要要確保風功率預測系統中，數據傳輸的準確性，可以將GPRS實時數據傳輸方式轉變為光纖傳輸或者無線傳輸，由此提高數據傳輸的穩定性，避免數據丟失的情況；其次可以根據峽谷風電場的實際情況，在進行風功率預測時建立多個預測模型，并根據一定的權系數進行相互的組合，通過科學合理的權系數選取來確保預測系統的準確度；最后要對峽谷風電場風功率預測系統的硬件、軟件進行升級，對老舊設備進行更新，提升預測系統的運行穩定程度。

結 語

綜上所述，我國的風電發電行業想要實現可持續發展，必須提高對風電場風功率預測的重視，提升預測精度，確保預測結果準確可靠。尤其是在峽谷這種復雜的地形中，要結合實際的地理情況，綜合考慮風電場的各種情況，選取合理的預測方式對風功率進行準確的預測，從而實現風電場經濟效益的最大限度提升。

參考文獻

[1] 王文剛，劉建鵬，武環宇等.風功率預測系統的應用與優化的討論[J].科技創新與應用，2013（14）：49-51.

[2] 楊桂興，常喜強，王維慶等.對風電功率預測系統中預測精度的討論[J].電網與清潔能源，2011，27（1）：67-71.

[3] 徐斌.消除小氣候對風電場風電功率預測系統預測準確率的影響[C].中國風電生產運營管理（2013）.2013.