新版“兩個細則”下風電場預測功率及理論功率的分析與優化

文 | 馬曉慧，丁同光，宋剛，馬鳳林

國家能源局西北監管局于2018 年12 月頒布實施了《西北區域發電廠并網運行管理實施細則》和《西北區域并網發電廠輔助服務管理實施細則》（簡稱新版“兩個細則”），自此，2015 年頒布實施的舊版“兩個細則”廢止。

“兩個細則”對保障電網安全穩定、促進新能源與傳統能源協調發展起到重要作用，為新疆電網并網發電機組運行管理提供技術標準與行業規范。根據國家能源局新疆監管辦公室公布的“兩個細則”考核與補償情況，截至2019 年12 月，新疆電網共有123個風電場、276 個光伏電站、34 個火電廠、23 個水電站和1 個燃氣電站被納入“兩個細則”管理。

圖1 風電場功率預測管理流程

風電場功率預測管理流程

新版“兩個細則”對風電場功率預測的精度要求提高、考核金額加大。與舊版相比，上傳率由90%提高至95%，短期功率預測指標取消了均方根誤差考核，增加了超短期預測中的調和平均數準確率指標；同時，為驗證風電場在不限電情況下的理論出力效果，增加了理論功率指標。新疆電網省地一體化調度管理系統于次日公示考核明細，國家能源局新疆監管辦公室按月度公布考核結果。

結合風電場實際運行情況，對預測功率及理論功率的上傳和考核計算流程進行系統梳理，詳見圖1，新版“兩個細則”總體考核要求見表1。

某風電場考核原因數據分析

某裝機容量為49.5MW 的風電場位于新疆羅布泊風能資源區，是天山山脈氣流向東運動的必經之地。該風電場采用33 臺華創風能CCWE1500-93型風電機組，塔筒高度為78m，2019年11 月的平均風速為3.16m/s，從切入風速3m/s 至切出風速25m/s 的有效風時數占比為46.2%，其中，3m/s 至額定風速10m/s 之間的有效風時數占比為97.4%，可見該月整體風況以小風天偏多。同時，該風電場月度“兩個細則”考核分數在區域對標排名中較高，具有一定的代表性。本文以該風電場“兩個細則”考核明細及公示分數為例，對其按以上四項指標進行月度考核計算，計算結果（表2）與能監辦公示的考核總分一致，反映了計算公式及依據的準確性。

表1 新版“兩個細則”對風電場功率預測的考核指標

表2 2019年11月新疆某風電場“兩個細則”考核計算結果

一、超短期功率預測考核分析

（一）無風天存在小數位差異

在無風天時，雖然預測值與實際值的差值小，但由于存在兩位小數的偏差，導致公式計算出的偏差大。如圖2 所示，以2019 年11 月28 日為例，該天僅因1：00－2：15 和17：30 七個噪點導致整體數據失真，調和平均數準確率僅為1.91%，考核分數為5.43分。其原因為在切入風速3m/s 附近，此風電場采用的機組未能正常發電。由于機組能否正常并網發電與整機性能息息相關，而功率預測廠家是以整機理論功率曲線進行預測，因此業主單位應及時將此情況向功率預測廠家進行反饋。

針對此問題，建議在無風天時，合理利用超短期調和平均數準確率公式中的免考核策略，將類似情況的功率調整為裝機容量的3%以內，免除因此部分偏差造成的考核分。

（二）大風天存在氣象源偏差

以2019 年11 月3 日為例，在大風天時，出現氣象數據與實際數據變化幅值不一致的情況。如圖3 所示，實際風速從13：30 開始到次日00：00 均高于預測風速，造成功率平均偏差為1.89MW，少預測電量約為1.03萬千瓦時。

針對此問題，建議升級功率預測算法，參照實際功率做預測；同時，也可提高氣象采集頻次，由目前的一日兩次增加為多次。

二、理論功率考核分析

（一）無風天理論功率出現負值

以2019 年11 月18 日 和2019 年11 月25 日為例（圖4），這兩日基本無風，由于風電機組SCADA 系統會考慮待機狀態下從電網吸收的功率，因此，理論功率出現負值，而電網側僅測量風電場實際發出的功率值，該值始終大于等于零，從而導致偏差。這兩日理論功率中分別有83 個、84個點為負值，累計和為-7.93MW，實際功率為0MW，由此產生的考核分數為2.44 分，占全月理論功率考核的27.5%。然而，需要注意的是，小風或無風時出現的負值能夠對大風時部分應發未發電量進行抵消，從而在全天減小與實際功率的差值，減少理論功率的考核分。

針對上述問題，在進行理論功率修正時，不能僅僅將無風天理論功率負值歸零。如圖4 所示，非負值因素產生的考核分主要由風電機組功率曲線不達標造成，因此，還需對其他風況按照Bin 法參照對應實際功率進行分區校準。

（二）大風天風電機組功率曲線不達標

以2019 年11 月22 日 為 例，當日17：45 － 23：45 的 平 均 風 速 為10.39m/s，且當日無故障機組，按照功率曲線理論功率應為149.2MWh，然而實際功率卻為143.7MWh。其中，電網已自動篩除該時段中的限電時刻，反映出風電機組存在應發未發的情況。

（三）理論功率的修正方法

針對上述兩項問題，為使理論功率與實際功率趨勢一致，基于Bin 法將預測功率按0.5MW 為一個單位步長，統計[0.5MW，49.5MW] 區間各預測功率下的平均實際功率，進行理論功率矯正系數的計算，如圖5 所示，得出平均矯正系數為95.6%。矯正后理論功率符合實際功率變化，有效降低了考核分。

圖2 預測功率的絕對誤差

圖3 測風塔和天氣預報的風速對比

對風電場運行與管理的建議

隨著新能源在外送通道占比的提升及現貨交易市場的逐步開放，新能源企業對短期、超短期預測功率和理論功率的精度要求將日益嚴格。因預測功率和理論功率精度不達標造成的考核分值偏高已然成為拉低企業盈利水平的“出血點”，因此，制定行之有效的策略是當前提升“兩個細則”管理能力的關鍵所在。本文通過歸納整理目前已實施管理辦法，形成如下幾條建議：

一、提升運行人員的數據分析能力

提高風電場運行人員對風電功率預測系統的運行維護與數據分析能力，使其具備掌握短期預測狀態、超短期預測狀態、風電機組接入狀態、氣象預測狀態、功率預測上報、測風塔數據上傳狀態的運維能力。同時，要理解考核指標來源，形成測風塔、功率預測系統、風電機組SCADA 系統等

多元數據集合分析的思維能力。尤其針對理論功率曲線不達標的問題，按照GB/Z35483―2017《風力發電機組發電量可利用率》，該類情況屬于風電機組處于正常運行但仍含有潛在發電量的狀態，雖然時間可利用率達標，但從發電量可利用率上追溯則能發現風電機組存在的“隱形”缺陷。后續應對風電機組變槳、偏航、齒輪箱、發電機等各傳動環節參數進行分析，探究理論功率不達標的根本原因。

二、提高免考核申報的通過率

根據國家能源局新疆監管辦公室下發的《新疆區域并網發電廠〈兩個細則〉補充規定》和《新疆區域并網發電廠〈兩個細則〉免考核規定》，目前“兩個細則”考核均按三折執行，要求風電場人員掌握免考核申報的多種途徑及具體執行標準，對電網故障類、檢修計劃類、第三方故障類、不可控外力類、更換系統類、未滿一年類、限電未完全篩除類免考途徑要有敏銳的洞察力和分析能力。

三、強化與第三方廠家的技術溝通

風電場預測功率和理論功率模型的優化與修正并非一蹴而就，其需要大量歷史數據作為訓練樣本，因此，風電場應本著科學客觀的原則與第三方服務廠家進行技術溝通，不能僅以降低考核為單一訴求，而應從多元數據分析角度尋找解決思路，從而達到信息共享與有效交流，提高風電場預測功率、理論功率的準確性和可靠性。

圖4 因理論功率不達標產生的考核分

圖5 理論功率的矯正系數

結語

“兩個細則”降考核管理是新能源場站降本增效的有效手段，為不斷提升功率預測設備治理水平，最大程度降低由功率預測不達標造成的考核分數，需對風電機組功率預測、運行數據進行綜合性分析，提高風電場功率預測的準確率和風電機組的可利用率。同時，隨著現貨交易市場的逐漸開放，對日前預測、超短期預測的精度要求會日益增加，對于如何在降考核和提收益上提升風電場競爭力，還需在數據挖掘和分析上進行深入的研究與思考。