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新版“兩個(gè)細(xì)則”背后 如何讓可再生能源功率預(yù)測(cè)更精確?

   2019-06-13 北極星風(fēng)力發(fā)電網(wǎng)34950
核心提示:近日,國(guó)家能源局西北能源監(jiān)管局以及新疆監(jiān)管辦公室、甘肅能源監(jiān)管辦陸續(xù)公布了2019年1季度部分月份的兩個(gè)細(xì)則考核補(bǔ)償情況。以1
近日,國(guó)家能源局西北能源監(jiān)管局以及新疆監(jiān)管辦公室、甘肅能源監(jiān)管辦陸續(xù)公布了2019年1季度部分月份的“兩個(gè)細(xì)則”考核補(bǔ)償情況。以1月-2月份數(shù)據(jù)為例,統(tǒng)計(jì)風(fēng)功率預(yù)測(cè)考核結(jié)果顯示,西北地區(qū)風(fēng)電場(chǎng)月度平均考核分為200分(打3折后結(jié)果),同比2018年1月-2月份的97分,落實(shí)到新能源發(fā)電企業(yè)的考核金額將增長(zhǎng)一倍。

2018年12月,西北能監(jiān)局頒布《西北區(qū)域發(fā)電廠并網(wǎng)運(yùn)行管理實(shí)施細(xì)則》 和《西北區(qū)域并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)管理實(shí)施細(xì)則》(以下簡(jiǎn)稱新細(xì)則)。新細(xì)則大幅增加了對(duì)風(fēng)功率預(yù)測(cè)考核的占比和標(biāo)準(zhǔn),完善了對(duì)短期預(yù)測(cè)的考核方法,增加了對(duì)超短期預(yù)測(cè)及可用功率的考核內(nèi)容。風(fēng)功率預(yù)測(cè)性能不達(dá)標(biāo)電場(chǎng),月度單位容量考核扣分折算費(fèi)用上限增加到了8萬元/MW。

面對(duì)如此嚴(yán)峻的考核壓力,多數(shù)發(fā)電企業(yè)意識(shí)到,進(jìn)一步提升風(fēng)電場(chǎng)站的功率預(yù)測(cè)精度及管理水平,降低考核分?jǐn)?shù),已經(jīng)是當(dāng)前風(fēng)電精益化管理的首要任務(wù)。

新能源功率預(yù)測(cè)技術(shù)亟待加強(qiáng)

截至2018年底,西北區(qū)域新能源裝機(jī)占比西北全網(wǎng)35.47%,超過區(qū)域電源容量的三分之一。新能源的快速發(fā)展,對(duì)并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)穩(wěn)定運(yùn)行提出了更高的要求。然而在如何提升風(fēng)電場(chǎng)功率預(yù)測(cè)精準(zhǔn)度上,還存在科學(xué)局限及技術(shù)難點(diǎn)。

一方面,風(fēng)電機(jī)組的出力首先主要受到風(fēng)速變化的影響,準(zhǔn)確預(yù)測(cè)風(fēng)速變化成為精準(zhǔn)功率預(yù)測(cè)的前提。

“需要注意的是,風(fēng)機(jī)出力并不會(huì)隨著風(fēng)速線性增大而增加,恰恰是在起風(fēng)到風(fēng)機(jī)滿發(fā)這個(gè)階段的風(fēng)速變化,而風(fēng)速變化對(duì)風(fēng)機(jī)出力影響最大。”金風(fēng)科技?xì)庀蠹肮β暑A(yù)測(cè)產(chǎn)品總監(jiān)馬輝說,“也就是說,如何準(zhǔn)確預(yù)測(cè)風(fēng)速起停變化及風(fēng)速爬坡下降特性是一個(gè)很大的技術(shù)難題”

另一個(gè)難點(diǎn),則是通過氣象要素轉(zhuǎn)換為功率的模型調(diào)優(yōu)。風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)出力受多種因素影響,其中有自然因素,也有人為因素,不同風(fēng)電場(chǎng)及不同機(jī)組,由于所處地理位置、氣候特點(diǎn)、不同管理水平等共同作用下,使其不可能存在完全一樣的功率曲線。為每個(gè)機(jī)組、每個(gè)電場(chǎng)建立專有預(yù)測(cè)模型并持續(xù)不斷優(yōu)化,是提高功率預(yù)測(cè)精度的重要及有效手段,也是目前存在的重要技術(shù)難點(diǎn)之一。

2018年7月,金風(fēng)了解到西北某業(yè)主苦于2個(gè)并網(wǎng)電場(chǎng)的月度考核持續(xù)處在考核倒數(shù)序列的情況。在嚴(yán)峻的考核形勢(shì)和業(yè)主的質(zhì)疑下,金風(fēng)功率預(yù)測(cè)團(tuán)隊(duì)迎難而上,率先在該業(yè)主考核最嚴(yán)重的這兩個(gè)場(chǎng)站部署了金風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng),應(yīng)用了先進(jìn)的集合氣象預(yù)報(bào)MENS技術(shù)以及定制化的功率預(yù)測(cè)模型。

在系統(tǒng)運(yùn)行期間,現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)問題時(shí),技術(shù)支持人員都會(huì)在一天內(nèi)趕到解決問題,保證日上報(bào)率達(dá)到100%。同時(shí),建立了客戶溝通微信群,隨時(shí)響應(yīng)和解決電場(chǎng)值班人員的問題。正是這種頂住壓力、專注務(wù)實(shí)的精神換來了殷實(shí)的碩果——2019年1季度,在近百個(gè)場(chǎng)站的考核中,這兩個(gè)場(chǎng)站月度排名穩(wěn)定在前10和前30名,從倒數(shù)提升至中上水平。這個(gè)來之不易的結(jié)果給了業(yè)主一個(gè)滿意的答復(fù)。

為每提升1%的預(yù)測(cè)精準(zhǔn)度持續(xù)努力

有數(shù)據(jù)顯示,歐洲的風(fēng)功率預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率整體可達(dá)到90%以上,而中國(guó)部分地區(qū)的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率還未到80%。那么,對(duì)于功率預(yù)測(cè)技術(shù)正處于提升和突破階段的國(guó)內(nèi)風(fēng)電行業(yè)來說,提升準(zhǔn)確度的關(guān)鍵在哪里?

馬輝指出,精準(zhǔn)的風(fēng)電功率預(yù)測(cè)取決于三個(gè)關(guān)鍵技術(shù)的突破:氣象預(yù)報(bào)技術(shù)的提升、功率預(yù)測(cè)模型算法以及優(yōu)秀的系統(tǒng)管理維護(hù)。

在氣象預(yù)報(bào)技術(shù)提升方面,金風(fēng)從微尺度模擬、集合預(yù)報(bào)MENS以及混合氣象訂正WCP三個(gè)方面進(jìn)行,并基于該技術(shù)支撐,自主研發(fā)構(gòu)建了“金風(fēng)新能源氣象預(yù)報(bào)平臺(tái)”,集數(shù)據(jù)積累和迭代優(yōu)化功能于一身,使得金風(fēng)氣象預(yù)測(cè)技術(shù)得到了實(shí)質(zhì)化的提升。

(1)氣象微尺度技術(shù)

復(fù)雜山地和丘陵地形風(fēng)電場(chǎng)的功率預(yù)測(cè),一直是新能源預(yù)測(cè)行業(yè)的重點(diǎn)研究難題。如何消除微觀小氣候?qū)︼L(fēng)功率預(yù)測(cè)的影響,提高短期氣象和功率預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性,已成為亟需解決的問題。金風(fēng)通過集中改善及優(yōu)化多尺度混合模式(包括WRF及CALMET模式)的設(shè)置及地形動(dòng)力學(xué)參數(shù)化模塊,并結(jié)合測(cè)風(fēng)塔和風(fēng)機(jī)觀測(cè)資料進(jìn)行對(duì)比檢驗(yàn),綜合評(píng)估,持續(xù)改進(jìn),可實(shí)現(xiàn)提升復(fù)雜地形地區(qū)的風(fēng)場(chǎng)模擬精度至100m*100m,助力功率預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率的進(jìn)一步提升。

(2)先進(jìn)的集合預(yù)報(bào)技術(shù)MENS

金風(fēng)基于美國(guó)全球預(yù)報(bào)產(chǎn)品GFS、歐洲中心全球模型預(yù)報(bào)產(chǎn)品ECMRF、歐洲中心集合預(yù)報(bào)產(chǎn)品ECENS、和本地業(yè)務(wù)運(yùn)行的風(fēng)電確定性中尺度數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品,根據(jù)各預(yù)報(bào)產(chǎn)品的空間分辨率和特征,綜合考慮本地業(yè)務(wù)模式運(yùn)行環(huán)境和資源條件,進(jìn)行本地化區(qū)域模式參數(shù)方案的優(yōu)化設(shè)置,同時(shí),利用反距離加權(quán)、克里金插值等統(tǒng)計(jì)學(xué)插值方法,生產(chǎn)針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)級(jí)的多氣象源集合預(yù)報(bào)。

(3)混合氣象訂正技術(shù)WCP

基于電場(chǎng)級(jí)的多源氣象源預(yù)報(bào)資料,利用彈性網(wǎng)絡(luò)、K臨近點(diǎn)、支持向量機(jī)、線性回歸等多種機(jī)器學(xué)習(xí)算法,建立多種混合訂正模型,通過模型選擇和均方根誤差評(píng)價(jià)等方法選擇最優(yōu)模型。通過對(duì)多氣象源集合預(yù)報(bào)進(jìn)行混合訂正,為每個(gè)電場(chǎng)輸出至少2種訂正數(shù)據(jù)源。在實(shí)際應(yīng)用中,以指標(biāo)最優(yōu)統(tǒng)計(jì)采納率,金風(fēng)訂正數(shù)據(jù)源采納率超過70%,訂正效果明顯。

在功率預(yù)測(cè)模型算法方面,金風(fēng)從數(shù)據(jù)特征挖掘、差異化建模方案和多算法、增量式模型及參數(shù)自動(dòng)優(yōu)化三方面進(jìn)行,自主研發(fā)打造了“金風(fēng)自動(dòng)模型訓(xùn)練和預(yù)測(cè)平臺(tái)(ATP)”,將人工經(jīng)驗(yàn)和機(jī)器學(xué)習(xí)算法有機(jī)結(jié)合,有效提升建模效率和預(yù)測(cè)精度。

(1)基于海量數(shù)據(jù)聚類分析的功率預(yù)測(cè)建模技術(shù)

以新能源場(chǎng)站數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),利用發(fā)電功率的日相似性對(duì)原始樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理,結(jié)合關(guān)聯(lián)規(guī)則分析、聚類分析等數(shù)據(jù)挖掘技術(shù),提取不同維度下的發(fā)電規(guī)律及特征不斷矯正和優(yōu)化預(yù)測(cè)結(jié)果。

(2)單電場(chǎng)分區(qū)域、分模塊和多參量輸入的建模預(yù)報(bào)

針對(duì)風(fēng)場(chǎng)覆蓋范圍廣、地形復(fù)雜、風(fēng)機(jī)類型多樣化的情況,通過單一尋求數(shù)值天氣預(yù)報(bào)NWP與整場(chǎng)實(shí)際功率之間的映射關(guān)系已經(jīng)無法滿足基本的精度要求。金風(fēng)根據(jù)地形與風(fēng)機(jī)分布的特點(diǎn)將預(yù)報(bào)范圍劃分為不同的子區(qū)域,通過多參量數(shù)據(jù)(風(fēng)速、風(fēng)向、空氣密度、溫度、濕度、氣壓等)分析,采用分區(qū)域或分模塊的建模方式進(jìn)行,實(shí)現(xiàn)多參量組合輸入預(yù)測(cè)模型,形成不同的預(yù)測(cè)方案。

(3)多算法、增量式模型和參數(shù)自動(dòng)優(yōu)化

單一預(yù)測(cè)算法、離線定期更新預(yù)測(cè)模型的方式無法滿足大量新能源場(chǎng)站同時(shí)預(yù)測(cè)的需求。金風(fēng)打造的自動(dòng)模型訓(xùn)練和預(yù)測(cè)平臺(tái)ATP,為每個(gè)電場(chǎng)配置有效預(yù)測(cè)算法超過10種,并具備在線模型優(yōu)化的能力,有助于各電場(chǎng)獲得更為精確的功率預(yù)測(cè)模型。

在系統(tǒng)管理維護(hù)方面,金風(fēng)按照所服務(wù)項(xiàng)目的分布,建立片區(qū)服務(wù)團(tuán)隊(duì),以項(xiàng)目經(jīng)理制提供屬地化的系統(tǒng)運(yùn)維服務(wù)。系統(tǒng)維護(hù)團(tuán)隊(duì)提供1天到場(chǎng)服務(wù)支持、專業(yè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)提供7*24小時(shí)的遠(yuǎn)程技術(shù)支持。

在全面提升技術(shù)先進(jìn)性后,金風(fēng)功率預(yù)測(cè)產(chǎn)品結(jié)果更為精準(zhǔn)。據(jù)2019年第一季度統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,應(yīng)用金風(fēng)功率預(yù)測(cè)解決方案的寧夏、甘肅、新疆風(fēng)電場(chǎng),單位容量考核分?jǐn)?shù)(分/MW)分別低于全省平均的13.3%、14%、13.2%。

新能源場(chǎng)站經(jīng)濟(jì)效益提升新途徑

可以說,提升新能源場(chǎng)站的功率預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度不但提升電網(wǎng)友好水平,另一方面對(duì)于場(chǎng)站本身來說有莫大的裨益。

功率預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率高,考核分?jǐn)?shù)就會(huì)比較低,風(fēng)電場(chǎng)管理的精益化程度就會(huì)隨之提高;另一方面,未來電力市場(chǎng)化交易將進(jìn)一步放開,電價(jià)的定制依賴于準(zhǔn)確的產(chǎn)量預(yù)測(cè),精準(zhǔn)化的功率預(yù)測(cè)將成為重要的談判籌碼。

當(dāng)前,金風(fēng)科技已服務(wù)國(guó)內(nèi)外800+新能源電場(chǎng),包括風(fēng)電場(chǎng)、光伏電場(chǎng)、分散式等,累計(jì)服務(wù)容量達(dá)60GW。同時(shí)為30多家發(fā)電企業(yè)提供區(qū)域或集團(tuán)級(jí)的集中功率預(yù)測(cè)服務(wù)。另外,與省、地市級(jí)電網(wǎng)公司合作,提供電網(wǎng)主站綜合功率預(yù)測(cè)服務(wù)。金風(fēng)科技功率預(yù)測(cè)解決方案的成效及專業(yè)的服務(wù)體驗(yàn),受到了市場(chǎng)客戶的認(rèn)可,市場(chǎng)占有率排名也進(jìn)入行業(yè)前列。

風(fēng)電長(zhǎng)跑路,金風(fēng)科技功率預(yù)測(cè)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)們始終不忘初心,砥礪奮進(jìn),為每提升1%的預(yù)測(cè)精準(zhǔn)度而持續(xù)努力。 
 
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