新能源風光發電預測技術的發展及應用研究

齊蘇偉 侯偉軍 內蒙古華電新能源分公司

我國已經趕超了大部分國家成為世界上第二大能源消費國。隨著我國能源發電戰略的不斷調整，新能源發電將逐漸取代傳統的火力發電模式成為今后發電市場上的主力軍。新能源發電技術的不斷創新與完善，使我國的二氧化碳排放量大幅下降、空氣質量穩步提高。但是，由于風力發電的不穩定特性對我國電網安全有著較大的威脅。因此準確地預測風光發電的出電規律，對保護我國發電基礎設施的重要性非常大。

一、風光發電的特性及預測過程

（一）風光發電的特性

由于風能、光能是人類不可控制的，因此風光發電具有隨機性、波動性以及不確定性。以上三種特性容易給電網安全運行帶來影響，因此不斷提高風光發電預測技術成為風光發電技術中首要解決的問題。

（二）風光預測的基本過程

風光預測的主要手段是建立預測模型，并與基本算法相結合就能準確的測出。但是預測模型的建立需要使用過去收集的歷史數據，準確足量的歷史數據是構建預測模型的重要步驟之一。其次，加工整理出以往收集的風光發電資料。第三步驟是使用歸一化、平穩化的方法對數據進行預處理，出現缺失數據時使用插值法進行處理。第四步，通過已處理過的數據構建科學的預測模型。第五步，不斷根據影響因素調整預測模型，最終確定預測值。

二、風光發電預測技術的方法

風光發電出電量的預測方法大致分為5個種類，這5種預測方法采取的預測手段、研究因素等因素進行分類。由于預測過程比較復雜，涉及的領域也比較多，因此風光預測的分類也較為模糊復雜。本文主要介紹其中3種方法，以便讀者能夠快速了解風光發電預測的相關技術知識。

（一）按照預測模型原理分類

前文中簡單講述了風光發電預測中建立模型的方法，并且特別強調了歷史數據是建立預測模型的主要依據。簡單來說，建立預測模型就是一種“找規律的笨方法”。通過對數據使用不同的分析、歸類、處理方法而得到一種規律的方式，就叫預測模型預測法。由于對歷史數據的處理方式不同，得出了統計方法、物理方法、組合預測法等大約3種預測模型（也叫預測規律）。

1.統計預測法

使用統計預測模型對風光發電的預測的優點是：只需較為準確的歷史運行數據，不需要其他物理、地理、氣候等因素參與研究。因此統計預測方法這種方式相對簡單，但是正因為使用了大量的歷史運行數據，導致了誤差的出現，需要不斷地修正預測模型。

2.物理預測法

物理方法，顧名思義是采用物理方法針對歷史運行數據中的物理量進行分析得出的一種模型。此方法的難點在于對物理因素的感測要準確，所以需要大量的使用氣象預測設備。因此，如果使用物理方法進行預測的話需要投入大量的資金。優勢是只要預測設備到位，即可建立出預測模型。

3.組合預算法

組合預算法是統計法和物理預測法相結合產生的光電預測方法。由于組合預算法中需要考慮的因素較多，因此根據研究因素的側重點不同可以得到多種不同的預測模型。組合預算法相較于統計法出現誤差的概率較小、預測準確度較高，相較于單一的物理預算法又可以減少資金的投入。因此，組合預算法成為重點研究發展的預測技術方向之一。

（二）按照預測對象分類

此類預測方法可以分為直接預測和間接預測。直接預測和間接預測的區別在于直接預測是建立模型預測的，而間接預測是根據得到的現行數據進行公式計算并得出預測[1]。

（三）按照是否采用NWP分類

“NWP”是數值天氣預報的英文簡寫，由此可以看出NWP預測是指將大氣因素（氣溫，氣壓等因素）帶入到與天氣演變過程中的方程式進行求解的過程。通過大量的計算來推測未來較長時間的天氣狀況。但是，NWP預測方式的局限性在于需要與超級計算機相配合計算，且模型復雜。

三、風光發電預測技術的發展及應用

（一）組合預算法的發展

組合預算法是目前我國風光發電預測技術中重點發展的一類預測方法，其優勢在于通過對數據進行多種方式的處理，使組合預算法的誤差變小、準確率提高。并且，相較于其他預測方法，組合預算法還有能夠更加深入研究的空間[2]。

（二）NWP預測方法的發展

NWP風光出力預測由于所需的氣象數據較多，研究氣象方向較廣。因此，NWP預測方法可以根據當時所需的氣象因素直接預測。無須再進行各種歷史運行數據的統計與研究，此技術目前普遍適用于新建風光發電站的出電預測。NWP預測的主要方法是收集NWP氣象數據以及塔臺提供的觀測數據，再根據電腦上的地理參數進行粗糙度、地形的變換，最后形成尾流模型預測風速。簡而言之，就是結合當地地理位置將未來2天內預測到的大氣數據進行科學的削弱推測，最后得到轉換成電能的風力預測。

（三）模式識別預測法

模式識別預測法是指通過與預測因素、參數以及各變量一直間的變化關系中的紐帶--即“特征值”作為一種參考進行推測。由于模式識別預測法善于提取各變量之間的特征的特性，從而被廣泛地應用。模式識別預測法可以提取光照的特征參數建立其相對應的天氣模型，并可以根據實際的數據反過來驗證自身建立的模型是否準確。

四、結論

由文本可以看出，風光發電的預測技術目前還處于邊使用邊探索的階段。我國對于由風光發電所組成的新能源發電行業的發展給予了大力的支持。各地區也根據自身區域優勢，建造了多個利國利民的風光發電站。新能源的有效利用，關乎著我國的發展進程，也是未來科技發展的重要方向之一。