一種風(fēng)力發(fā)電功率預(yù)測系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種分布式能源發(fā)電控制的技術(shù)領(lǐng)域，具體的來說，是一種風(fēng)力發(fā)電 功率預(yù)測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在風(fēng)力資源豐富的地區(qū)，越來越多的風(fēng)電場實現(xiàn)了并網(wǎng)運行。風(fēng)力發(fā)電場是將多 臺并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電機安裝在風(fēng)力資源好的場地，按照地形和主風(fēng)向排成機群向電網(wǎng)供電，風(fēng) 能由于無污染和可再生等優(yōu)點受到了前所未有的關(guān)注，但同時其波動性和間歇性也給風(fēng)電 的大力發(fā)展帶來了一定的影響。風(fēng)能的間歇性使得風(fēng)電機組輸出功率也呈現(xiàn)出間歇特性， 隨著風(fēng)電裝機容量的迅猛發(fā)展和風(fēng)電場規(guī)模的不斷擴大，風(fēng)電在電網(wǎng)中的比例逐年增加， 風(fēng)電的間歇性將會對電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行以及保證電能質(zhì)量帶來嚴峻挑戰(zhàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 基于現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提出了一種風(fēng)力發(fā)電功率預(yù)測系統(tǒng)，風(fēng)力發(fā)電 功率預(yù)測系統(tǒng)包括接口層、數(shù)據(jù)層、預(yù)測層和表示層。各層的通信以數(shù)據(jù)庫為核心，系統(tǒng)通 過接口層采集風(fēng)電機組的實時運行數(shù)據(jù)和數(shù)值天氣預(yù)報，經(jīng)過篩選交予數(shù)據(jù)層，數(shù)據(jù)層對 接口層采集到的數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，并將有效數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫中，形成一定時間規(guī)則的歷史 數(shù)據(jù)庫，同時建立和維護風(fēng)速、風(fēng)向、發(fā)電功率等相關(guān)參數(shù)的專家數(shù)據(jù)庫。預(yù)測層根據(jù)預(yù)測 請求選擇相應(yīng)預(yù)測算法，調(diào)用數(shù)據(jù)層提拱的數(shù)據(jù)存儲過程，從數(shù)據(jù)庫中獲得相關(guān)數(shù)據(jù)樣本， 完成預(yù)測并將預(yù)測結(jié)果交由數(shù)據(jù)層，存儲至預(yù)測結(jié)果數(shù)據(jù)庫中。
[0004] 接口層分為外部數(shù)據(jù)獲取和預(yù)測結(jié)果對外發(fā)布兩個模塊，外部數(shù)據(jù)獲取實現(xiàn)從風(fēng) 機監(jiān)控系統(tǒng)中獲取實時運行數(shù)據(jù)以及從氣象部門獲取數(shù)值天氣預(yù)報的功能。預(yù)測結(jié)果對外 發(fā)布模塊實現(xiàn)了將預(yù)測結(jié)果上報上級控制部門和電網(wǎng)調(diào)度的功能。
[0005] 數(shù)據(jù)層分為實時數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)預(yù)處理、專家數(shù)據(jù)庫維護和預(yù)測結(jié)果發(fā)布四個模 塊，實時數(shù)據(jù)存儲模塊負責(zé)接收接口層采集來的風(fēng)電機組實時運行數(shù)據(jù)和數(shù)值天氣預(yù)報， 存入臨時數(shù)據(jù)庫，以備數(shù)據(jù)處理工作；數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊負責(zé)分析采集來的實時數(shù)據(jù)，將無效 數(shù)據(jù)剃除，并將有效數(shù)據(jù)處理成固定時間間隔的歷史運行數(shù)據(jù)，以備算法層調(diào)用；專家數(shù)據(jù) 庫維護模塊負責(zé)建立風(fēng)速、風(fēng)向、發(fā)電功率等相關(guān)參數(shù)的專家數(shù)據(jù)庫，并依據(jù)最新采集的實 時運行數(shù)據(jù)完成專家數(shù)據(jù)庫更新工作，以備預(yù)測模塊調(diào)用；預(yù)測結(jié)果發(fā)布模塊負責(zé)接收預(yù) 測模塊輸入的預(yù)測結(jié)果，將其存入數(shù)據(jù)庫，并為表示層提供所有數(shù)據(jù)調(diào)用的存儲過程。
[0006] 預(yù)測層分為預(yù)測樣本獲取模塊、算法模塊和預(yù)測結(jié)果存儲模塊，預(yù)測樣本獲取模 塊，根據(jù)預(yù)測算法的要求從數(shù)據(jù)庫中獲取所需預(yù)測樣本，以備算法模塊調(diào)用。算法模塊負責(zé) 數(shù)據(jù)的預(yù)測工作，算法模塊根據(jù)不同的應(yīng)用，選擇不同的算法模塊，預(yù)測結(jié)果存儲模塊負責(zé) 將算法模塊處理后的結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫，以備發(fā)布層調(diào)用。
[0007] 表示層分為風(fēng)電場模塊和調(diào)度模塊兩部分，風(fēng)電場模塊實現(xiàn)風(fēng)電場端用戶的操作 界面，包括風(fēng)機實時運行數(shù)據(jù)、風(fēng)電廠運行情況、實時預(yù)測曲線、數(shù)據(jù)分析等功能；調(diào)度模塊 實現(xiàn)了電網(wǎng)調(diào)度端的操作界面，包括風(fēng)電場的實時運行數(shù)據(jù)、風(fēng)電場運行情況、實時運行曲 線以及專為電網(wǎng)調(diào)度定制的運行分析功能。
[0008] 風(fēng)力發(fā)電功率預(yù)測系統(tǒng)包含三個模塊，分別為綜合查詢模塊、系統(tǒng)管理模塊和登 陸控制模塊。
[0009] 綜合查詢模塊包括：實時出力監(jiān)視子模塊、多風(fēng)電場監(jiān)視子模塊、預(yù)測結(jié)果查詢子 模塊、歷史預(yù)測展示子模塊、誤差指標統(tǒng)計子模塊、月報報表生成六個子模塊。
[0010] 實時出力監(jiān)視子模塊采用地圖的形式顯示區(qū)域內(nèi)當前時間各風(fēng)電場的地理分布 情況和實時出力數(shù)據(jù)，同時以表格的形式顯示各個風(fēng)電場的實時功率及預(yù)測功率。
[0011] 多風(fēng)場監(jiān)視子模塊以曲線和表格的形式展示當前時間各個風(fēng)電場的預(yù)測功率和 實際功率，可同時監(jiān)測多個風(fēng)電場，實際功率曲線實時更新延伸。
[0012] 預(yù)測結(jié)果查詢子模塊查詢未來預(yù)測曲線，以曲線結(jié)合表格的形式對未來一段時間 的預(yù)測結(jié)果進行展示，并可以將預(yù)測結(jié)果以電子表格的形式導(dǎo)出。
[0013] 歷史預(yù)測展示子模塊根據(jù)選定的日期時間，查詢出選定區(qū)間的預(yù)測數(shù)據(jù)和實際出 力數(shù)據(jù)，并通過曲線和表格的形式進行展示。
[0014] 誤差指標統(tǒng)計可對歷史任意時間區(qū)間的預(yù)測誤差進行統(tǒng)計。統(tǒng)計指標包括相關(guān)性 系數(shù)、均方根誤差、平均絕對誤差、誤差小于20%裝機容量的比例等。
[0015]月報報表生成可生成任意月份的月報報表，報表以表格的形式進行展示，同時可 以以電子表格的形式導(dǎo)出。
[0016]系統(tǒng)管理模塊包括：風(fēng)場信息展示子模塊、預(yù)測參數(shù)設(shè)置子模塊、預(yù)測命令執(zhí)行子 模塊和系統(tǒng)運行狀態(tài)顯示子模塊四個子模塊。
[0017] 風(fēng)場基本信息展示可查詢各個風(fēng)場的詳細信息，包括裝機容量，風(fēng)機類型及臺數(shù)， 風(fēng)電場位置等。
[0018] 預(yù)測參數(shù)設(shè)置包括裝機容量修改、開機容量設(shè)置和限電設(shè)置頁面，可根據(jù)手動輸 入的裝機容量、開機容量和限電情況對預(yù)測結(jié)果進行修正。
[0019] 預(yù)測命令執(zhí)行顯示預(yù)測所需條件的完備性，可在此執(zhí)行手動預(yù)測，也可設(shè)置為自 動預(yù)測。
[0020] 系統(tǒng)運行狀態(tài)顯示當前系統(tǒng)服務(wù)器及各個接口的運行情況，便于及時發(fā)現(xiàn)并排除 系統(tǒng)運行過程中的異常情況。
[0021] 登陸控制模塊用于用戶登陸的驗證，并根據(jù)用戶身份分配其相應(yīng)權(quán)限。
[0022] 風(fēng)力發(fā)電功率預(yù)測系統(tǒng)首先需要對風(fēng)速進行監(jiān)測，從而根據(jù)風(fēng)速預(yù)測風(fēng)電場的發(fā) 電功率
[0023] 平均風(fēng)速的概率密度函數(shù)如下：
[0027] n為正整數(shù)，
[0028] 風(fēng)力發(fā)電機是通過捕獲風(fēng)能，推動風(fēng)機槳葉旋轉(zhuǎn)而帶動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)，從而發(fā)出功 率的。風(fēng)機輸出功率的大小主要取決于風(fēng)速、風(fēng)機轉(zhuǎn)子直徑、空氣密度等因素，
[0030] 式中：P。為風(fēng)機額定功率，CP是風(fēng)機的功率系數(shù)，A是風(fēng)機風(fēng)輪掃掠面積，P為空 氣密度，V。是額定風(fēng)速。
[0031] 風(fēng)力機額定功率還不是風(fēng)電機組的輸出功率，還需通過齒輪箱增速驅(qū)動發(fā)電機， 將機械能轉(zhuǎn)變成電能。風(fēng)電機組的出力主要與風(fēng)速相關(guān)，其與風(fēng)速的近似關(guān)系可由下面的 分段函數(shù)來表示
[0032]
[0033] 式中，vin，Vciut,V。分別為風(fēng)機的切入風(fēng)速、切出風(fēng)速和額定風(fēng)速；P。為風(fēng)機的額定 功率。當風(fēng)速等于或高于Vin時，風(fēng)機啟動并網(wǎng)運行；當風(fēng)速等于或大于V。時，風(fēng)機保持額 定功率輸出；當風(fēng)速低于Vin或高于V_時，風(fēng)機停機并與電網(wǎng)解列。
[0034] 當風(fēng)速小于風(fēng)機的切入風(fēng)速時，風(fēng)機不會投入運行，無功率輸出；當風(fēng)速大于切出 風(fēng)速時，風(fēng)機切出，風(fēng)機同樣無出力：只有當風(fēng)機的風(fēng)速介于切入風(fēng)速和切出風(fēng)速之間時， 風(fēng)機才會正常運行，按上述公式規(guī)律輸出功率。風(fēng)機的功率系數(shù)不是常數(shù)，而是隨著風(fēng)速的 變化而變化的。從切入風(fēng)速開始，風(fēng)機的功率系數(shù)逐漸增大，當風(fēng)速接近額定風(fēng)速后，風(fēng)機 的功率系數(shù)開始逐漸減小。因此，可以將風(fēng)機輸出功率的變化分為三個過程：當風(fēng)速較小 時（接近切入風(fēng)速），風(fēng)機輸出功率變化比較緩慢，此時即使風(fēng)速波動較大，風(fēng)機出力的變 化也不會很大；當風(fēng)速較大時，風(fēng)機輸出功率變化很快，此時即使風(fēng)速波動較小，也會導(dǎo)致 風(fēng)機輸出功率很大的變化；當風(fēng)速較大（達到額定風(fēng)速），風(fēng)機輸出功率變化又開始平緩， 當風(fēng)速超過額定風(fēng)速一定量后，風(fēng)機的輸出功率不再跟隨風(fēng)速變化，而是恒等于額定輸出 功率。
[0035] 通過對風(fēng)力發(fā)電功率預(yù)測系統(tǒng)的各層進行分析，將其各層的功能進行劃分，對其 組成的各個模塊進行作用分配，從而使得各個子模塊能夠各盡其用，通過風(fēng)速監(jiān)測及概率 分布的計算，從而對風(fēng)力發(fā)電功率進行預(yù)測，以實現(xiàn)分布式能源發(fā)電的可控性，降低分布式 能源發(fā)電的隨機性。
【附圖說明】
[0036] 圖1是風(fēng)力發(fā)電功率預(yù)測系統(tǒng)的多層結(jié)構(gòu)。
[0037] 圖2是風(fēng)力發(fā)電功率預(yù)測系統(tǒng)的功能模塊單元。
【具體實施方式】
[0038] -種風(fēng)力發(fā)電功率預(yù)測系統(tǒng)，如圖1所示，風(fēng)力發(fā)電功率預(yù)測系統(tǒng)包括接口層、數(shù) 據(jù)層、預(yù)測層和表示層。各層的通信以數(shù)據(jù)庫為核心，系統(tǒng)通過接口層采集風(fēng)電機組的實時 運行數(shù)據(jù)和數(shù)值天氣預(yù)報，經(jīng)過篩選交予數(shù)據(jù)層，數(shù)據(jù)層對接口層采集到的數(shù)據(jù)進行預(yù)處 理，并將有效數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫中，形成一定時間規(guī)則的歷史數(shù)據(jù)庫，同時建立和維護風(fēng)速、 風(fēng)向、發(fā)電功率等相關(guān)參數(shù)的專家數(shù)據(jù)庫。預(yù)測層根據(jù)預(yù)測請求選擇相應(yīng)預(yù)測算法，調(diào)用數(shù) 據(jù)層提拱的數(shù)據(jù)存儲過程，從數(shù)據(jù)庫中獲得相關(guān)數(shù)據(jù)樣本，完成預(yù)測并將預(yù)測結(jié)果交由數(shù) 據(jù)層，存儲至預(yù)測結(jié)果數(shù)據(jù)庫中。
[0039] 接口層分為外部數(shù)據(jù)獲取和預(yù)測結(jié)果對外發(fā)布兩個模塊，外部數(shù)據(jù)獲取實現(xiàn)從風(fēng) 機監(jiān)控系統(tǒng)中獲取實時運行數(shù)據(jù)以及從氣象部門獲取數(shù)值天氣預(yù)報的功能。預(yù)測結(jié)果對外 發(fā)布模塊實現(xiàn)了將預(yù)測結(jié)果上報上級控制部門和電網(wǎng)調(diào)度的功能。
[0040] 數(shù)據(jù)層分為實時數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)預(yù)處理、專家數(shù)據(jù)庫維護和預(yù)測結(jié)果發(fā)布四個模 塊，實時數(shù)據(jù)存儲模塊負責(zé)接收接口層采集來的風(fēng)電機組實時運行數(shù)據(jù)和數(shù)值天氣預(yù)報， 存入臨時數(shù)據(jù)庫，以備數(shù)據(jù)處理工作；數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊負責(zé)分析采集來的實時數(shù)據(jù)，將無效 數(shù)據(jù)剃除，并將有效數(shù)據(jù)處理成固定時間間隔的歷史運行數(shù)據(jù)，以備算法層調(diào)用；專家數(shù)據(jù) 庫維護模塊負責(zé)建立風(fēng)速、風(fēng)向、發(fā)電功率等相關(guān)參數(shù)的專家數(shù)據(jù)庫，并依據(jù)最新采集的實 時運行數(shù)據(jù)完成專家數(shù)據(jù)庫更新工作，以備預(yù)測模塊調(diào)用；