风电功率预测系统在某风电场的应用

关键词：工程案例应用 风电功率预测 风电场  东润环能
      摘要：东润环能（北京）科技有限公司提供的风电功率预测系统于2011年3月投入运行，现运行稳定，月均方根误差小于15%，满足国家规定的误差小于20%的要求，验收时收到与会专家的一致好评，并评价该系统为符合国家风电功率预测系统建设规范及安全规定的优质工程。该系统具备短期预测及超短期预测功能。预测系统分为实时状态监测、气象信息展示、报表统计、系统管理共四个应用模块

    该风电场坐落于风力资源丰富的内蒙古乌兰察布市境内，10米高度年平均风速为6.92米/秒，风功率密度为323.7瓦/平方米,现一期49.5MW已于2009年12月并网发电。

    由东润环能（北京）科技有限公司提供的风电功率预测系统于2011年3月投入运行，现运行稳定，月均方根误差小于15%，满足国家规定的误差小于20%的要求，验收时收到与会专家的一致好评，并评价该系统为符合国家风电功率预测系统建设规范及安全规定的优质工程。
       该系统具备短期预测及超短期预测功能，短期预测能够预测风电场次日0时至24时每15分钟共96个时间节点的有功功率。预测系统分为实时状态监测、气象信息展示、报表统计、系统管理共四个应用模块，每个应用模块又根据应用包含了若干个具体操作的子模块，各应用模块的功能及应用效果如下：

一、 实时状态监测模块
       实时状态监测模块下包含了3个子模块，即地图展示模块，日曲线展示模块，周曲线展示模块
1.1 地图展示
      当用户登录系统时，系统会默认先跳转到地图展示子模块页面，或者通过导航进入。该页面以地图的方式直观的展示了风电场的地理分布情况，并采用实时更新的方式对风电场的预测功率、实际功率进行展示，页面的刷新周期根据风电场实时功率的接口更新时间而定，一般为1-5分钟更新一次。    目前为5分钟更新一次，预测功率为15分钟一个点，所以预测功率15分钟更新一次。在风场的展示框中，展示风场名称，装机容量，预测功率，实际功率。点击地图上风机图标，进入风电场风机详细页面，在该页面可以看到风电场所有风机的地理位置，风机编号等信息，地图展示页面如下图：

1.2 日曲线展示
       点击"实时状态监控"下的"日曲线展示"，进入日曲线展示界面。其中"日曲线"横坐标为时间序列，15分钟一个点，每天96点；纵坐标为功率，单位为兆瓦(MW)。曲线展示内容分为"短期预测曲线"、"实际曲线"、"超短期预测曲线"、"限电曲线"，用户可在页面上通过日期控件选择任何想查看的日期，点击"提交"按钮，即可显示相应的信息。页面提供导出功能，点击右上角"导出"按钮可用EXCEL和CSV两种格式将结果导出到本地。日曲线展示如下图所示：

1.3 周曲线展示
       周曲线显示一周时间内的预测曲线和实际功率曲线。点击"实时状态监控"下的"周曲线展示"，进入周曲线展示界面，通过导航可进入此子模块页面，其中"周曲线"横坐标为时间序列，15分钟一个点，每天96点；纵坐标为功率，单位为兆瓦(MW)。曲线展示内容分为"预测功率曲线"、"实际功率曲线"，根据图示，绿色曲线代表预测曲线，红色曲线代表实际功率曲线，用户可在页面上通过日期控件选择任何想查看的日期，当选择好各种想查看的条件后，点击"提交"按钮，即可显示相应的信息。周曲线展示如下图所示:

二、气象信息展示
       "气象信息展示"下包含2个模块。可显示"风玫瑰图曲线"和"风速曲线"。
2.1 风玫瑰图曲线展示
      点击"气象信息展示"下的"风玫瑰图曲线"即可进入风玫瑰图界面，在界面的左上角，用户可以选择开始时间和结束时间的时间段。
2.2 风速曲线展示
     点击"气象信息展示"下的"风速曲线展示"，即可进入风速曲线展示界面，在风速展示界面的左上角，用户可以选择要查看的日期，展示出用户选择日期当天的风速曲线，同时提供导出功能。

三、 报表统计模块
     报表统计模块包含如下模块：上报曲线导出，短期预测指标统计及导出，超短期预测指标统计及导出，功率相关预测指标统计，气象信息相关指标统计，风电相关指标统计及导出，预测及实际曲线导出、限电记录查询及导出。
3.1上报曲线导出
     通过导航可进入此子模块页面，该子模块页面，有如下功能，计划曲线的修改，计划曲线的导出以及计划曲线的上传。修改计划曲线有两种方式，可以直接拖动曲线上的某点计划值也可以修改右边的列表。导出功能可以导出excel文件也可以导出csv文件。上传功能实现了计划曲线上传的弥补功能，系统中定时上传预测结果，也可以人工点击上传按钮进行上传。展示页面如下图：

3.2 短期预测指标统计及导出
      通过导航可进入此子模块页面，在这里用户可以对一段时间内的预测结果进行误差统计，并可按需求设置过滤条件。在统计页面上可以看到风场的一段时间内的绝对误差，均方根误差等。
平均绝对误差计算方式：
∑|预测值-实际值| ÷ 样本数 ÷ 装机容量
均方根误差计算方式：
  ÷ 装机容量
误差即绝对误差：
|预测值-实际值| ÷ 装机容量
3.3 功率相关指标统计
      功率相关指标统计页面可以统计一段时间内，功率频率的分布，5分钟功率的变化，10分钟功率的变化。
3.4 风电相关指标统计及导出
      风电相关指标统计及导出页面可以统计出一段时间内发电量，有效发电时间，最大出力等信息。
3.5 预测实际曲线导出
      通过导航可进入此子模块页面，在该子模块页面，用户可以将某个风场的一段时间的预测数据和实际出力数据导出到本地。
3.6 限电记录查询及导出
      通过导航可进入此子模块页面，此子模块对限电记录进行导出。首先要导出的时间段，点击确认按钮进入限电的列表页面，点击列表页面的导出按钮可以导出限电信息。

四、 系统管理模块
        系统管理模块包含如下模块：装机容量设置、风场管理、用户管理等.系统管理员模块只有管理员身份才能在界面进行操作。
4.1 风场装机容量设置
       在该子模块，用户可以根据实际情况对预测系统中所有风场的装机容量进行修改，提交之后，预测系统将按照新的装机容量对风电场进行预测，在风场没有填报第二天开机容量的情况下，系统会以该风场的装机容量为默认开机容量进行预测，因此修改装机容量对预测系统影响很大，需按照实际情况进行修改。
4.2 风场管理
       在该子模块，用户可以看到风场的基本信息。管理员在该界面设置风场的名称等。
4.3 用户管理
      在该子模块超级管理员用户（一般系统会自动初始化一个）可以增加新的用户和对原来的用户进行编辑、删除和密码修改等操作，目前系统提供两种用户：超级管理员具有所有模块的使用功能；普通浏览用户可以浏览，不具有系统管理模块的使用权限。
4.4 风场限电设置
      在该子模块的页面，管理员可以浏览一段时间内调度限电记录。
4.5 预测开机容量设置
      在该子模块，用户根据实际情况设置未来一天的风电场开机情况，这里只需要填写某风场未来一天的总开机容量，不需要具体到每一台风机，提交之后，预测系统将根据用户填报的开机容量进行预测，如果不填，预测系统会按照默认全部开机的情况进行预测。
4.6 运行监控信息
      运行监控信息页面，可以查看到系统的运行日志信息，方便维护人员进行系统的维护，在该页面用户可以清晰地看到系统运行的错误信息。
4.7 用户操作日志查询及导出
       该页面可以查看用户的操作日志，方便系统管理员对系统的管理。
4.8服务器日志下载
      当系统出现问题，风场管理人员可以下载tomcat服务器的日志信息，方便系统开发人员找到问题所在，解决系统问题。
4.9数据库导出
      数据库导出页面可以导出系统中的数据库数据，方便系统的维护。
4.10重启系统服务
       当系统出现问题时，管理员可以通过该页面重启系统。
4.11系统更新
       由于风电装机速度很快，系统页面在这里提供了更新接口，由电科院提供更新包，然后由地方工作人员将更新包在此上传，即可完成预测系统的更新。

五、总结
      该风功率预测系统通过以上功能的设计，使该系统具备友好的界面展示、预测值自动上报、风场优化管理等功能，在满足调度要求的同时，使风场的自动化及管理水平有了很大的提高，是一款适合在风电场推广的风功率预测产品。

作者:吕施展