一种通用风电功率短期预报方法技术

本发明专利技术涉及一种通用风电功率短期预报方法，包括以下步骤：（１）采集全球大尺度气象预报场数据和地形、植被、海温资料；（２）建立ＷＲＦ模式；（３）将步骤（１）采集的资料输入步骤（２）中的ＷＲＦ模式获得风电场范围内的风速、风向预报数据；（４）风速订正；（５）将上述步骤（４）利用风机功率曲线求出预报风电功率。本发明专利技术一种短期风电功率预报方法，通过采集全球大尺度气象预报场数据和地形、植被、海温资料，输入ＷＲＦ模式便可以得到预报风速，在经过风速订正就可以得到更加接近实测风速的订正预报风速值，通过该订正预报风速值能够更加准确的预报短期风电功率；本发明专利技术方法不需要风电场历史运行数据，预报方案灵活、限制条件较少。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及风力发电系统领域，尤其涉及短期风电功率预报方法，具体地说是利 用高分辨率数值模式结合风机功率曲线进行风电场风电功率预报的方法。
技术介绍
近年来，能源危机和环境问题的不断加剧，引起了国际社会和公众的高度关注，为 了克服能源供需矛盾的制约，促进经济的可持续发展，改善人居环境，大力发展包括风能在 内的可再生能源已成为各国政府和科技界广泛关注的焦点。在这种形势下，中国的风力发 电事业呈现了良好的发展势头，大型并网风力发电发展迅速，国家相继在酒泉、新疆、江苏、 蒙东、蒙西、吉林、河北规划了七个千万千瓦级风电基地。其中酒泉千万千瓦级风电基地已 完成建设规划，部分风电场已并网发电。电力系统最大的特点是实时动态平衡，也就是要保证每一个时刻所发出来的电与 所消耗的电刚好平衡，才能保证电力系统的稳定和安全。在风力发电接入电力系统之前，电 力系统面对的是可以预测的负荷和可以控制的电源，在负荷预测的基础上，通过对发电的 调度控制来保证电力系统的实时动态平衡。当风电作为一种电源接入到电力系统的时候，其间歇性和波动性，增大了电力系 统的调峰难度，如果对风电不做预、测和调度管理的话，就要求在电力系统当中留有与风电 容量相等的备用容量，平衡风电的波动。随着风电在电源中比例的增加，电力系统的峰谷差 进一步变大，这就需要进行更大幅度的调峰，如果仍然采用电力系统留全部风电容量备用 的方式，电力系统将无法正常运行。而单纯的增加旋转备用容量有一系列的缺点，首先火电机组平均负荷率、平均出 力下降，使得的电力系统运行的经济性降低；其次我国80%的以上的机组为火电机组，利 用火电平衡风电，进行调峰的话会使煤耗增加，温室气体排放量增加；另外火电机组其最低 调峰极限大致在50% _60%，随着风电装机比例的增加如果电力系统的峰谷差大于系统最 低调峰极限的时候，风电就会遭遇限电，不能接入到电力系统中来。为了保证风电大规模接入，最好的方法就是改善电源结构、增加调峰电源的数量 如水电、抽水蓄能、气电等，其次就是建设大功率快充、快放储能设备，但无论是改变电源结 构还是储能设备的开发，目前还很难一蹴而就，已有经验表明建设预报较为准确、功能较为 完备的风电功率预报系统，是解决风电大规模并网运行的关键措施之一。对风电场输出功率进行预测，把风电功率纳入电网的调度计划，可以使电力调度 部门根据预测结果，对电力生产和调度做出更为合理、有效的计划安排，对于调度安排系统 的发电计划、保证电力系统的安全稳定运行、降低备用容量和运行成本以及对电力市场进 行有效的管理等都具有重要意义，是解决大规模风电接入电网后电网调度问题的有效措施 之一。Erik L.、Frank、Bailey 等学者在文献 1. "Wind Power Meteorology. Part II: Siting and Models. ”(Wind Energy.1998,1 :55-72.)2. "Modellingthe Wind Climateof Ireland. “ (Boundary-Layer Meteorology,1997,85 359-378.)3. “Short-Term Wind Forecasting. ，， (Proceedings of the European Wind Energy Conference, Nice, Frace, l-5March 1999，PP. 1062-1065，ISBN1 902916 X.)中指出采用数值预报模式和风电功率统 计预报模型相结合的集成系统进行预报，是风电场风电功率短期预报的有效方法。其主体 思想是利用数值天预报提供风机轮毂高度的风速、风向等预报信息，然后利用风速与风向 的预报资料和同期的风电场风电功率记录资料建立风电功率预报统计模型进行风电功率 预报。国外风电功率预报研究工作起步较早，比较有代表性的方法主要有丹麦Ris0 国家实验室的Prediktor预报系统、西班牙的LocalPred预报系统和美国的Ewind等。 Prediktor预报系统首先利用数值天气预报模式HIRLAM提供风电场所在区域的风速分布， 然后利用WASP进一步综合考虑风电场附近障碍物、粗糙度变化等因素提供分辨率更高的 风速预报，最后由发电量计算模块Ris0 Park在预报的风速基础上计算风电场风电功率。 LocalPred预报系统首先利用高分辨率的中尺度模式MM5或NWP模式结合流体力学软件计 算风速等气象预报场，再通过统计模块(M0S)对预报风速进行订正，最后通过历史出力数 据与同期风速等气象场建立的功率输出模型进行功率预报。Previento预报系统在利用数 值模式预报风机轮毂所在高度风速的基础上，结合风电场周围地形、地表粗糙度及热力层 结的影响对风速进行订正，最后通过功率预报模块进行功率预报。中国已有的短期风电功率预报系统大部分也采用这种数值模式与统计方法相结 合，利用风电场历史出力与同期数值模式预报结果进行风电功率预报模型建模的方式进 行开发。但在中国风电开发规模较大地区，电网网架较为薄弱，风电场限电现象较为严重， 风电场历史数据并没有很好的代表性，另外，国家相继启动的甘肃酒泉、新疆哈密等7个 千万千瓦级风电基地均为新建风电场，并没有历史风电出力记录资料，在这种情况下上述 数值模式与统计方法相结合的方法已不在适用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，该预报方法能够针对已投 运风电场和新建风电场有效预报其48小时内的风电出力，为电网调度和发电计划制定提 供合理的数据支持。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案，包括以下步骤(1)采集全球大尺度气象预报场数据为WRF模式提供初始场和为期7天的侧边界 条件；采集地形、植被、海温资料为WRF模式提供下垫面信息；(2)建立WRF模式计算气象场信息；所述WRF模式利用如下方程组进行风速、温 度、气压预报场的计算；通量形式的欧拉方程权利要求1. ，其特征在于，包括以下步骤(1)采集全球大尺度气象预报场数据为WRF模式提供初始场和为期7天的侧边界条件； 采集地形、植被、海温资料为WRF模式提供下垫面信息；(2)建立WRF模式计算气象场信息；所述WRF模式利用如下方程组进行风速、温度、气 压预报场的计算；通量形式的欧拉方程2.如权利要求1所述，其特征在于，步骤(4)中订正模 型的方程为y = 90. 8071+0. 610167Xa_0. 0360962Xb-0. 102678Xc其中y表示订正后风速，单位为m/s ;&表示预报风速，单位为m/s ；b表示预报温度， 单位为摄氏度；c表示预报气压，单位为hPa。全文摘要本专利技术涉及，包括以下步骤(1)采集全球大尺度气象预报场数据和地形、植被、海温资料；(2)建立WRF模式；(3)将步骤(1)采集的资料输入步骤(2)中的WRF模式获得风电场范围内的风速、风向预报数据；(4)风速订正；(5)将上述步骤(4)利用风机功率曲线求出预报风电功率。本专利技术一种短期风电功率预报方法，通过采集全球大尺度气象预报场数据和地形、植被、海温资料，输入WRF模式便可以得到预报风速，在经过风速订正就可以得到更加接近实测风速的订正预报风速值，通过该订正预报风速值能够更加准确的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通用风电功率短期预报方法，其特征在于，包括以下步骤：（１）采集全球大尺度气象预报场数据为ＷＲＦ模式提供初始场和为期７天的侧边界条件；采集地形、植被、海温资料为ＷＲＦ模式提供下垫面信息；（２）建立ＷＲＦ模式计算气象场信息；所述ＷＲＦ模式利用如下方程组进行风速、温度、气压预报场的计算；通量形式的欧拉方程：＊↓［ｔ］Ｕ＋（▽.Ｖ↓［ｕ］）－＊↓［ｘ］（ｐ＊↓［η］φ）＋＊↓［η］（ｐ＊↓［ｘ］φ）＝Ｆ↓［Ｕ］＊↓［ｔ］Ｖ＋（▽.Ｖ↓［ｖ］）－＊↓［ｙ］（ｐ＊↓［η］φ）＋＊↓［η］（ｐ＊↓［ｙ］φ）＝Ｆ↓［Ｖ］＊↓［ｔ］Ｗ＋（▽.Ｖｗ）－ｇ（＊↓［η］ｐ－μ）＝Ｆ↓［ｗ］＊↓［ｔ］Θ＋（▽.Ｖθ）＝Ｆ↓［Θ］＊↓［ｔ］μ＋（▽.Ｖ）＝０＊↓［ｔ］φ＋μ↑［－１］［（Ｖ.▽φ）－ｇＷ］＝０密度方程：＊↓［η］φ＝－αμ其中，η＝（ｐ↓［ｈ］－ｐ↓［ｈｔ］）／μ，μ＝（ｐ↓［ｈｓ］－ｐ↓［ｈｔ］），ｐ↓［ｈ］为气体所在层的气压，ｐ↓［ｈｓ］为地面气压，ｐ↓［ｈｔ］为模式层顶气压；Ｖ＝μｖ＝（Ｕ，Ｖ，Ｗ），Ω＝μ＊，Θ＝μθ，ｖ＝（ｕ，ｖ，ｗ），是速度风量在两个水平方向和一个垂直方向的分量，θ为位温，φ＝ｇｚ，ｇ为重力加速度，α＝１／ρ，ρ为空气密度；（３）将步骤（１）采集的大尺度气象预报场数据和下垫面信息输入步骤（２）中的ＷＲＦ模式获得风电场范围内的风速、风向、温度、气压预报数据；（４）风速订正；通过风电场附近的测风塔测风数据与同期风电场的功率记录数据利用多元回归方法建立风速订正模型，对步骤（３）得到预报风速进行订正得到订正预报风速；（５）将上述步骤（４）得到订正预报风速利用风机功率曲线求出各风机出力，累加得到风电场总出力。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙川永，魏磊，姜宁，孙强，高媛媛，于广亮，张琳，
申请(专利权)人：西北电网有限公司，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]