专利名称：：风电场出力实时预测方法
技术领域：
：本发明涉及一种风电场出力实时预测方法。主要适用于风能利用领域，大型风力发电场发电量的预测，为电网调度提供依据。
背景技术：
：风电是利用机电一体化的风力发电机将风的动能转化为电能的一种发电方式，出力的大小主要取决于风速的大小，其出力过程的变化趋势和风速的变化基本一致。风的形成过程较复杂，主要受太阳辐射和地球自转的影响，具有较强的随机性。风的特性决定风力发电的出力也有一定的随机性，含有一定风电的电网的调度和安全运行是一个全新的课题。随着"三北"地区风电的快速发展，甘肃和内蒙为了电网的安全稳定运行，冬季频繁限制并入电网的风电出力，使风电场上网电量减少，风电生产企业的收入降低，甚至出现亏损。要实现风电电量全额被电网收购，需要开展多方面的工作。了解风电出力的特点，成功预测风电出力，为电网制定调度计划提供可靠的依据，是一项非常重要的工作。由于近年来欧洲在风电场的建设投入不断增加，对风能以及风电场的预测进行了大量研究，已经研发出数个用于风电场发电量预测的系统，并且实际运用于多个风电场。由于这些系统不易购置，且通用性不强，不易根据预测对象的特点对模型的预测结果进行调整，因此，研发适合于本土的风电场出力预测系统十分必要。常用的预测方法可分为数学统计模型、数值天气预报模式两种。我国风电技术起步较晚，目前还没有成熟的出力预测系统问世。国内已有的研究多采用数学统计模型，其预测的核心是数理统计原理，建立在大量历史数据的基础上，周边环境变化对预测对象的影响无法体现，且预测误差较大，风电场风速预测的误差在2540%左右。
发明内容本发明要解决的技术问题是针对上述存在的问题提供一种预测精度高、实用性强、预测反应时间短的风电场出力实时预测方法，通过预测风电场风速来预测风电场的出力，旨在为电网制定调度计划提供可靠的依据。本发明所采用的技术方案是风电场出力实时预测方法，其特征在于包括以下步骤a、根据实时更新的气象格点初始资料，利用数值天气预报模式模拟大尺度环流场、气象场，推求代表点的风资源状况；b、将步骤a得到的风资源状况传输至出力计算模型；c、利用出力计算模型推算整个风电场出力，进而推算风电场群的出力。所述步骤a还包括，al、利用实测数据验证代表点的风资源状况，判断是否满足精度要求，若满足则执行步骤b;若不满足，则执行步骤a2;a2、调整模式分辨率及物理参数方案，重新计算。3所述步骤c包括，cl、建立风电场WAsP发电量计算模型，按风向分象限分析代表点与整个风电场出力的关系，计算对应的各象限扩大系数；c2、基于代表点风况与风电机组功率曲线，计算代表点出力；c3、依据代表点出力及各象限扩大系数，计算风电场出力，进而推算风电场群的出力。上述步骤cl中进行分象限时，按风向不同共分为16个象限，即N、NNE、NE、ENE、E、ESE、SE、SSE、S、SSW、SW、WSW、W、W丽、丽、丽。所述步骤c还包括，c4、利用实际运行数据验证风电场群出力，若不满足精度要求，则执行步骤c5;c5、调整出力计算模型，重新计算。本发明的有益效果是1、本发明首次将数值天气预报模式应用于风电场风速预测。数值天气预报模式从大气环流的角度着手，对研究范围内的风资源状况进行预测，并且可根据周边环境的变化调整模式，预测精度较高，实用性强。2、采用分象限扩大系数推算风电场出力。在风电场设计时的发电量计算模型(WAsP)的基础上，借助有风资源实时预测结果的代表点，按风向分象限统计代表点各风速出力与风电场的出力之间的关系，定义为各象限扩大系数，利用扩大系数推算单个风电场、风电场群的实时出力，这种方法避免了利用流体力学模型的庞大计算量，提高了工作的效率和预测的反应时间，按风向不同象限统计扩大系数也兼顾了边界条件不同对计算结果的影响，提高了预测精度。3、从整体上能较好的预测风电场风速及出力，不需要长期的观测数据和实际运行资料，且其预测的结果对于大趋势的把握较准确，风速预测误差约为10%，出力预测误差约为22%。图1是本发明的系统框图。图2是本发明中数值天气预报模式框图。图3是本发明中出力计算模型框图。具体实施例方式如图1所示，本实施例主要包括数值天气预报模式、出力计算模型两部分。本次选用的数值天气预报模式为WRF(WeatherResearchForecast)模式。WRF模式系统是美国气象界联合开发的新一代中尺度预报模式和同化系统，重点考虑从云尺度到天气尺度等重要天气的预报，水平分辨率重点考虑110km格距的模拟和预报，作为一个公共模式，其源程序、多种分辨率类型的地形数据与实时初始资料免费对外发布。根据定时提前公开发布的气象格点初始资料，运用数值天气预报模式(WRF)预测风电场风速。同时设计以分象限扩大系数为核心的出力计算模型，以代表性观测点风资源状况为桥梁，对风电场的出力进行预测。还可以根据预测区域风电场的建设情况，增加对新投产风电场的出力预测。如图2所示，数值天气预报模式(WRF)进行预测前，需明确模拟区域，选定地形数据类型，根据多次控制性试验，确定适用于本区域模拟的模式分辨率及物理方案参数。例如对江苏沿海风电场进行预报时，设置模式水平分辨率为5kmX5km，水平格点数为90X110，4模拟区域中心点33.0。N、120.5°E，水平向涵盖整个江苏沿海区域；设置模式层顶气压Pt=50hPa，模式垂直分层28层，并在100m高度以下加密，各层o值分别选取为1.000，0.996，0.990，0.985，0.978，0.960，0.946，0.922，0.894，0.860，0.817，0.766，0.707，0.664，0.576，0.507，0.444，0.380，0.324，0.273，0.188，0.152，0.121，0.093，0.069，0.048，0.020，0.000;模式积分时间步长取30s;主要物理参数方案见下表。WRF模式主要物理方案<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>预测时步骤如下步骤SI根据地形资料及定时提前公开发布的气象格点初始资料，对模式状态进行初始化处理；步骤S2根据控制性试验确定的模式分辨率及物理方案参数，利用WRF模式计算主程序进行模式计算；步骤S3对模式计算结果进行可视化处理；步骤S4得到大尺度环流场及各种气象要素场；步骤S5推求代表点风资源状况；步骤S6利用风资源实际观测数据，对输出结果进行对比验证；步骤S7判断输出结果是否满足精度要求？若满足精度要求，则转至步骤S8;若不满足精度要求，则再次调整模式分辨率或物理方案参数，并转至步骤S2重新进行模拟计算；步骤S8输出代表点轮毂高度风速风向至出力计算模型。如图3所示，采用出力计算模型进行预测前，以风电场内测风塔至少一年的测风资料、地形资料、风电机组特性资料建立WAsP计算模型，根据该风电场完整一年的实际运行资料，对风电场WAsP计算模型边界条件和参数进行调整。根据风电场地形地貌、风机布置的特点，选择某台风机作为代表点，再根据调整后的风电场WAsP发电量计算模型，按风向分16象限，建立代表点与整个风电场出力的关系，计算对应的各象限扩大系数。预测时步骤如下步骤Sll基于风电机组功率曲线与数值天气预报模式模拟的代表点轮毂高度风速风向，计算代表点出力；步骤S21根据代表点风向确定其所在象限，并结合该象限的扩大系数，推算整个风电场的出力；步骤S31将各风电场的出力叠加，得到风电场群的出力；步骤S41利用风电场实际运行数据进行对比验证；步骤S51判断输出结果是否满足精度要求，若满足精度要求，则转至步骤S61;否则返回调整出力计算模型(主要是调整各象限的扩大系数)，重新进行计算；步骤S61输出预测出力。上述步骤中，根据风电场的装机容量的不同，在每个风电场内设定一个或多个代表点，基于每个代表点的风资源状况和风电机组功率曲线，计算出每个代表点的出力，每个风电场的出力为该风电场内所有代表点出力之和，所有风电场出力之和则为整个风电场群的出力。本例中，各象限扩大系数计算方法如下风电场WAsP计算模型计算出风电场内每台风机的出力，同时参考风电场至少一年的实际运行资料，选择其中具有代表性的风机作为代表点，整个风电场的出力(即所有风机出力之和)与该代表点的出力的比值，为全象限扩大系数，按风向分16象限，每个象限内整个风电场的出力与该代表点的出力的比值，则为各象限的扩大系数。选定编号为m的风机为代表点，第i象限m风机对风电场的的扩大系数ki可按下式计算。=-^-其中P指风机的出力；Q指风机容量；n指风电场风机总台数；j指风机编号，为l……n;m指选定代表点的风机编号；i象限编号，为l……16。本实施例在实际操作过程中可以按照如下步骤进行1、确定模拟区域，收集地形数据，利用数值天气预报模式(WRF)进行控制性试验，确定适用于本区域模拟的模式分辨率及物理方案参数；2、以风电场内测风塔至少一年的测风资料、地形资料、风电机组特性资料建立WAsP计算模型，根据该风电场完整一年的实际运行资料，对风电场WAsP计算模型边界条件和参数进行调整，建立代表点与整个风电场出力的关系，计算对应的扩大系数；3、根据实时更新的气象格点初始资料(定时提前公开发布)，利用数值天气预报模式(WRF)模拟大尺度环流场、气象场，推求代表点的风资源状况；4、利用风资源现场实际观测数据，验证和调整WRF模式，或者根据周边环境的变化调整WRF模式，最终得出满足精度要求的代表点轮毂高度风速风向；5、基于代表点风况与风电机组功率曲线，计算代表点出力，结合各象限扩大系数，推算整个风电场出力，进而推算风电场群的出力；6、利用风电场实际运行数据进行对比验证，调整出力计算模型；7、将各风电场预测结果，包括风电场气象、出力等信息，采集、传输至预测调度中心进行整合，再发送到各用户终端。权利要求一种风电场出力实时预测方法，其特征在于包括以下步骤a、根据实时更新的气象格点初始资料，利用数值天气预报模式模拟大尺度环流场、气象场，推求代表点的风资源状况，b、将步骤a得到的风资源状况传输至出力计算模型；c、利用出力计算模型推算整个风电场出力，进而推算风电场群的出力。2.根据权利要求l所述的风电场出力实时预测方法，其特征在于所述步骤a还包括，al、利用实测数据验证代表点的风资源状况，判断是否满足精度要求，若满足则执行步骤b;若不满足，则执行步骤a2;a2、调整模式分辨率及物理参数方案，重新计算。3.根据权利要求1所述的风电场出力实时预测方法，其特征在于所述步骤c包括，cl、建立风电场WAsP发电量计算模型，按风向分象限分析代表点与整个风电场出力的关系，计算对应的各象限扩大系数；c2、基于代表点风况与风电机组功率曲线，计算代表点出力；c3、依据代表点出力及各象限扩大系数，计算风电场出力，进而推算风电场群的出力。4.根据权利要求3所述的风电场出力实时预测方法，其特征在于按风向不同，共分为16个象限。5.根据权利要求3所述的风电场出力实时预测方法，其特征在于所述步骤c还包括，c4、利用实际运行数据验证风电场群出力，若不满足精度要求，则执行步骤c5;c5、调整出力计算模型，重新计算。全文摘要本发明涉及一种风电场出力实时预测方法。本发明所要解决的技术问题是提供一种预测精度高、实用性强、预测反应时间短的风电场出力实时预测方法，通过预测风电场风速来预测风电场的出力，旨在为电网制定调度计划提供可靠的依据。解决该问题的技术方案是风电场出力实时预测方法，其特征在于包括以下步骤a、根据实时更新的气象格点初始资料，利用数值天气预报模式模拟大尺度环流场、气象场，推求代表点的风资源状况；b、将步骤a得到的风资源状况传输至出力计算模型；c、利用出力计算模型推算整个风电场出力，进而推算风电场群的出力。本发明主要用于风能利用领域，大型风力发电场发电量的预测，为电网调度提供依据。文档编号H02J3/38GK101794996SQ20101011077公开日2010年8月4日申请日期2010年2月10日优先权日2010年2月10日发明者朱忠烈,李睿元,陆艳艳,马则良申请人:华东电网有限公司;中国水电顾问集团华东勘测设计研究院