專(zhuān)利名稱(chēng)：一種通用風(fēng)電功率短期預(yù)報(bào)方法
一種通用風(fēng)電功率短期預(yù)報(bào)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其涉及短期風(fēng)電功率預(yù)報(bào)方法，具體地說(shuō)是利 用高分辨率數(shù)值模式結(jié)合風(fēng)機(jī)功率曲線進(jìn)行風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電功率預(yù)報(bào)的方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，能源危機(jī)和環(huán)境問(wèn)題的不斷加劇，引起了國(guó)際社會(huì)和公眾的高度關(guān)注，為 了克服能源供需矛盾的制約，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，改善人居環(huán)境，大力發(fā)展包括風(fēng)能在 內(nèi)的可再生能源已成為各國(guó)政府和科技界廣泛關(guān)注的焦點(diǎn)。在這種形勢(shì)下，中國(guó)的風(fēng)力發(fā) 電事業(yè)呈現(xiàn)了良好的發(fā)展勢(shì)頭，大型并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電發(fā)展迅速，國(guó)家相繼在酒泉、新疆、江蘇、 蒙東、蒙西、吉林、河北規(guī)劃了七個(gè)千萬(wàn)千瓦級(jí)風(fēng)電基地。其中酒泉千萬(wàn)千瓦級(jí)風(fēng)電基地已 完成建設(shè)規(guī)劃，部分風(fēng)電場(chǎng)已并網(wǎng)發(fā)電。電力系統(tǒng)最大的特點(diǎn)是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)平衡，也就是要保證每一個(gè)時(shí)刻所發(fā)出來(lái)的電與 所消耗的電剛好平衡，才能保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全。在風(fēng)力發(fā)電接入電力系統(tǒng)之前，電 力系統(tǒng)面對(duì)的是可以預(yù)測(cè)的負(fù)荷和可以控制的電源，在負(fù)荷預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)發(fā)電的 調(diào)度控制來(lái)保證電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)平衡。當(dāng)風(fēng)電作為一種電源接入到電力系統(tǒng)的時(shí)候，其間歇性和波動(dòng)性，增大了電力系 統(tǒng)的調(diào)峰難度，如果對(duì)風(fēng)電不做預(yù)、測(cè)和調(diào)度管理的話，就要求在電力系統(tǒng)當(dāng)中留有與風(fēng)電 容量相等的備用容量，平衡風(fēng)電的波動(dòng)。隨著風(fēng)電在電源中比例的增加，電力系統(tǒng)的峰谷差 進(jìn)一步變大，這就需要進(jìn)行更大幅度的調(diào)峰，如果仍然采用電力系統(tǒng)留全部風(fēng)電容量備用 的方式，電力系統(tǒng)將無(wú)法正常運(yùn)行。而單純的增加旋轉(zhuǎn)備用容量有一系列的缺點(diǎn)，首先火電機(jī)組平均負(fù)荷率、平均出 力下降，使得的電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性降低；其次我國(guó)80%的以上的機(jī)組為火電機(jī)組，利 用火電平衡風(fēng)電，進(jìn)行調(diào)峰的話會(huì)使煤耗增加，溫室氣體排放量增加；另外火電機(jī)組其最低 調(diào)峰極限大致在50% _60%，隨著風(fēng)電裝機(jī)比例的增加如果電力系統(tǒng)的峰谷差大于系統(tǒng)最 低調(diào)峰極限的時(shí)候，風(fēng)電就會(huì)遭遇限電，不能接入到電力系統(tǒng)中來(lái)。為了保證風(fēng)電大規(guī)模接入，最好的方法就是改善電源結(jié)構(gòu)、增加調(diào)峰電源的數(shù)量 如水電、抽水蓄能、氣電等，其次就是建設(shè)大功率快充、快放儲(chǔ)能設(shè)備，但無(wú)論是改變電源結(jié) 構(gòu)還是儲(chǔ)能設(shè)備的開(kāi)發(fā)，目前還很難一蹴而就，已有經(jīng)驗(yàn)表明建設(shè)預(yù)報(bào)較為準(zhǔn)確、功能較為 完備的風(fēng)電功率預(yù)報(bào)系統(tǒng)，是解決風(fēng)電大規(guī)模并網(wǎng)運(yùn)行的關(guān)鍵措施之一。對(duì)風(fēng)電場(chǎng)輸出功率進(jìn)行預(yù)測(cè)，把風(fēng)電功率納入電網(wǎng)的調(diào)度計(jì)劃，可以使電力調(diào)度 部門(mén)根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，對(duì)電力生產(chǎn)和調(diào)度做出更為合理、有效的計(jì)劃安排，對(duì)于調(diào)度安排系統(tǒng) 的發(fā)電計(jì)劃、保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行、降低備用容量和運(yùn)行成本以及對(duì)電力市場(chǎng)進(jìn) 行有效的管理等都具有重要意義，是解決大規(guī)模風(fēng)電接入電網(wǎng)后電網(wǎng)調(diào)度問(wèn)題的有效措施 之一。Erik L.、Frank、Bailey 等學(xué)者在文獻(xiàn) 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.)中指出采用數(shù)值預(yù)報(bào)模式和風(fēng)電功率統(tǒng) 計(jì)預(yù)報(bào)模型相結(jié)合的集成系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)報(bào)，是風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電功率短期預(yù)報(bào)的有效方法。其主體 思想是利用數(shù)值天預(yù)報(bào)提供風(fēng)機(jī)輪轂高度的風(fēng)速、風(fēng)向等預(yù)報(bào)信息，然后利用風(fēng)速與風(fēng)向 的預(yù)報(bào)資料和同期的風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電功率記錄資料建立風(fēng)電功率預(yù)報(bào)統(tǒng)計(jì)模型進(jìn)行風(fēng)電功率 預(yù)報(bào)。國(guó)外風(fēng)電功率預(yù)報(bào)研究工作起步較早，比較有代表性的方法主要有丹麥Ris0 國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的Prediktor預(yù)報(bào)系統(tǒng)、西班牙的LocalPred預(yù)報(bào)系統(tǒng)和美國(guó)的Ewind等。 Prediktor預(yù)報(bào)系統(tǒng)首先利用數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式HIRLAM提供風(fēng)電場(chǎng)所在區(qū)域的風(fēng)速分布， 然后利用WASP進(jìn)一步綜合考慮風(fēng)電場(chǎng)附近障礙物、粗糙度變化等因素提供分辨率更高的 風(fēng)速預(yù)報(bào)，最后由發(fā)電量計(jì)算模塊Ris0 Park在預(yù)報(bào)的風(fēng)速基礎(chǔ)上計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電功率。 LocalPred預(yù)報(bào)系統(tǒng)首先利用高分辨率的中尺度模式MM5或NWP模式結(jié)合流體力學(xué)軟件計(jì) 算風(fēng)速等氣象預(yù)報(bào)場(chǎng)，再通過(guò)統(tǒng)計(jì)模塊(M0S)對(duì)預(yù)報(bào)風(fēng)速進(jìn)行訂正，最后通過(guò)歷史出力數(shù) 據(jù)與同期風(fēng)速等氣象場(chǎng)建立的功率輸出模型進(jìn)行功率預(yù)報(bào)。Previento預(yù)報(bào)系統(tǒng)在利用數(shù) 值模式預(yù)報(bào)風(fēng)機(jī)輪轂所在高度風(fēng)速的基礎(chǔ)上，結(jié)合風(fēng)電場(chǎng)周?chē)匦?、地表粗糙度及熱力?結(jié)的影響對(duì)風(fēng)速進(jìn)行訂正，最后通過(guò)功率預(yù)報(bào)模塊進(jìn)行功率預(yù)報(bào)。中國(guó)已有的短期風(fēng)電功率預(yù)報(bào)系統(tǒng)大部分也采用這種數(shù)值模式與統(tǒng)計(jì)方法相結(jié) 合，利用風(fēng)電場(chǎng)歷史出力與同期數(shù)值模式預(yù)報(bào)結(jié)果進(jìn)行風(fēng)電功率預(yù)報(bào)模型建模的方式進(jìn) 行開(kāi)發(fā)。但在中國(guó)風(fēng)電開(kāi)發(fā)規(guī)模較大地區(qū)，電網(wǎng)網(wǎng)架較為薄弱，風(fēng)電場(chǎng)限電現(xiàn)象較為嚴(yán)重， 風(fēng)電場(chǎng)歷史數(shù)據(jù)并沒(méi)有很好的代表性，另外，國(guó)家相繼啟動(dòng)的甘肅酒泉、新疆哈密等7個(gè) 千萬(wàn)千瓦級(jí)風(fēng)電基地均為新建風(fēng)電場(chǎng)，并沒(méi)有歷史風(fēng)電出力記錄資料，在這種情況下上述 數(shù)值模式與統(tǒng)計(jì)方法相結(jié)合的方法已不在適用。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種通用風(fēng)電功率短期預(yù)報(bào)方法，該預(yù)報(bào)方法能夠針對(duì)已投 運(yùn)風(fēng)電場(chǎng)和新建風(fēng)電場(chǎng)有效預(yù)報(bào)其48小時(shí)內(nèi)的風(fēng)電出力，為電網(wǎng)調(diào)度和發(fā)電計(jì)劃制定提 供合理的數(shù)據(jù)支持。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種通用風(fēng)電功率短期預(yù)報(bào)方法，包括以下步驟(1)采集全球大尺度氣象預(yù)報(bào)場(chǎng)數(shù)據(jù)為WRF模式提供初始場(chǎng)和為期7天的側(cè)邊界 條件；采集地形、植被、海溫資料為WRF模式提供下墊面信息；(2)建立WRF模式計(jì)算氣象場(chǎng)信息；所述WRF模式利用如下方程組進(jìn)行風(fēng)速、溫 度、氣壓預(yù)報(bào)場(chǎng)的計(jì)算；通量形式的歐拉方程
權(quán)利要求
1. 一種通用風(fēng)電功率短期預(yù)報(bào)方法，其特征在于，包括以下步驟(1)采集全球大尺度氣象預(yù)報(bào)場(chǎng)數(shù)據(jù)為WRF模式提供初始場(chǎng)和為期7天的側(cè)邊界條件； 采集地形、植被、海溫資料為WRF模式提供下墊面信息；(2)建立WRF模式計(jì)算氣象場(chǎng)信息；所述WRF模式利用如下方程組進(jìn)行風(fēng)速、溫度、氣 壓預(yù)報(bào)場(chǎng)的計(jì)算；通量形式的歐拉方程
2.如權(quán)利要求1所述一種通用風(fēng)電功率短期預(yù)報(bào)方法，其特征在于，步驟(4)中訂正模 型的方程為y = 90. 8071+0. 610167Xa_0. 0360962Xb-0. 102678Xc其中y表示訂正后風(fēng)速，單位為m/s ;&表示預(yù)報(bào)風(fēng)速，單位為m/s ；b表示預(yù)報(bào)溫度， 單位為攝氏度；c表示預(yù)報(bào)氣壓，單位為hPa。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種通用風(fēng)電功率短期預(yù)報(bào)方法，包括以下步驟(1)采集全球大尺度氣象預(yù)報(bào)場(chǎng)數(shù)據(jù)和地形、植被、海溫資料；(2)建立WRF模式；(3)將步驟(1)采集的資料輸入步驟(2)中的WRF模式獲得風(fēng)電場(chǎng)范圍內(nèi)的風(fēng)速、風(fēng)向預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)；(4)風(fēng)速訂正；(5)將上述步驟(4)利用風(fēng)機(jī)功率曲線求出預(yù)報(bào)風(fēng)電功率。本發(fā)明一種短期風(fēng)電功率預(yù)報(bào)方法，通過(guò)采集全球大尺度氣象預(yù)報(bào)場(chǎng)數(shù)據(jù)和地形、植被、海溫資料，輸入WRF模式便可以得到預(yù)報(bào)風(fēng)速，在經(jīng)過(guò)風(fēng)速訂正就可以得到更加接近實(shí)測(cè)風(fēng)速的訂正預(yù)報(bào)風(fēng)速值，通過(guò)該訂正預(yù)報(bào)風(fēng)速值能夠更加準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)短期風(fēng)電功率；本發(fā)明方法不需要風(fēng)電場(chǎng)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，預(yù)報(bào)方案靈活、限制條件較少。
文檔編號(hào)H02J3/00GK102005760SQ201010550129
公開(kāi)日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2010年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月18日
發(fā)明者于廣亮, 姜寧, 孫川永, 孫強(qiáng), 張琳, 高媛媛, 魏磊 申請(qǐng)人:西北電網(wǎng)有限公司