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行业专项成果综述-北方大规模风电场风电功率预测技术研究及其应用

发布者:张洁   来源:   发布时间:2017/6/29 14:44:36   标签:   浏览次数:1273

项目编号GYHY201206026

研究周期2012年1月— 2014年12月

国拨经费336万元

项目负责人】朱蓉、姜学恭

项目骨干成员】杨志捷、马文通、常蕊、石岚、李忠、龚强、苟学义、吴息、王在文、俞卫、蒿峰

项目承担单位中国气象局公共气象服务中心

项目协作单位内蒙古自治区气象科技服务中心、内蒙古电力调度通信中心、中国气象局北京城市气象研究所、辽宁省气象局、南京信息工程大学

主要研究成果

项目基于中尺度数值预报模式和微尺度计算流体力学模式(CFD)研发了风电场短期风电功率动力降尺度预测系统,并基于均生函数法和权重混合法建立了风场超短期预测模型,提高了短期和超短期风能预报水平;

考虑天气类型和地形地表特征,研发了基于人工神经网络、最小二乘法、谐波分析、更新的滑动自相关方法等的BJ_RUC内蒙古风能预报产品的订正技术,实现了BJ_RUC风能预报产品的业务订正;

利用逐台风机的观测资料,研发了风功率曲线滚动识别法,实现对发电功率的统计预报,对比检验结果表明,功率曲线滚动识别法的预测性能优于现有的自适应最小二乘法发电量统计预报模型,适用于我国北方大规模风电场发电量预报。同时,基于风电场的测风资料,建立了均生函数法和权重混合法的风场超短期预测系统;

在逐台风机风功率预测的基础上,考虑风电场限电和运维因素的影响,扣除停运风电机组的发电量,建立了风功率预报的效果检验方法。

基于中尺度数值预报模式和微尺度计算流体力学模式(CFD)建立了风电场短期风电功率动力降尺度预报服务业务系统软件,该系统软件包括数据库、资料采集入库、预报产品制作、预报订正和产品发布、结果检验等功能的风电预报服务平台;建立了连接气象局和风电场并满足资料传输和共享、产品发布、信息交流和反馈功能的风电预报服务业务流程。

利用T639、本地WRF模式、ECMWF集合预报产品和风机测风资料,采用MOS及集合预报方法开展了内蒙古风电场区1-10天风能趋势预测技术研究,并应用于业务;基于内蒙古自动气象站插值资料库、T639ECMWF模式输出产品,建立了内蒙古风电场区1-7天地面气象要素预报,并应用于业务实践。

综合气象历史资料及内蒙古风电场灾害性天气发生情况,分析总结了内蒙古不同风区高影响天气预警指标,并建立指标库,利用数值预报产品,采用人机交互方式建立内蒙古风电场区高影响天气预警平台,应用于业务。采用相似离度方法,利用ECMWF数值预报产品,建立内蒙古风电场沙尘暴过程预报业务系统,并实现业务运行。

201471日起在辽宁阜新开展了风电场短期风电功率动力降尺度预测保障服务业务示范;1-7天风电场区气象要素滚动预报、1-10天风电场区风能变化趋势预报和风电场区高影响天气预报预警的气象保障业务示范陆续与2013-2014年在内蒙古风电场进行业务示范。在气象局、电力调通中心、风电场之间,实现资料传输、存储、产品发布、信息交流与反馈的自动化风电预报服务业务流程。

成果应用情况

1. 内蒙古风电场区气象要素预报及高影响天气预警系统

在本项目研发的内蒙古风电场区气象要素预报及高影响天气预警系统中,基于数值预报方法、MOS方法、集合预报的1-10天风能趋势预报产品和1-10天地面气象要素预报系统分别于201211月、20137月、20143月先后在内蒙古自治区气象服务中心投入业务运行并为内蒙古电力调通中心以及100余家风电场提供预报产品;内蒙古风电场高影响天气预警系统于20141月起业务运行并为内蒙古电力调通中心提供服务,在内蒙古自治区风电调度和消纳中发挥了重要作用。内蒙古风电场区气象要素预报及高影响天气预警服务平台实现了与内蒙古电力调通中心的信息共享,实现了数据自动采集、存储、跟踪监测、预报、预警和服务的技术支撑。选取50个风电场20143~201412月检验短期风电场区风速预报效果,结果表明,24小时、48小时和96小时风速集合预报平均绝对误差分别达到2.1m/s2.14m/s2.21m/s

2. 风电场短期风电功率动力降尺度预测系统

项目组与华能辽宁阜新风力发电有限公司签署了开展为期一年的风电预测业务试验协议,风电场短期风电功率动力降尺度预测系统于201471日起在辽宁华能阜新高山子风电场开始进行业务化试验。试验期间,项目组每天上午自动从北京RUC天气预报产品中抽取高山子风电场区域的中尺度数值天气预报结果、启动动力降尺度风功率预报系统,计算出每台风电机组发电量,最终邮件的形式自动发送给华能高山子风电场次日0时起、未来48小时各台机组逐15分钟的不考虑限电和停机计划的风功率预报结果。动力降尺度预报系统大概在15秒之内完成RUC天气预报数据的输入、风功率预报计算和预报结果的发送工作。201471日至2015228日的预测效果检验表明,风功率预测月均方根误差为16.47%8个月均满足国家电网公司“月均方根误差应小于20%”的要求。

此外,本项目建立的中尺度气象与计算流体力学结合的降尺度数值模拟与预报方法,符合国际上风电场风能资源数值模拟技术发展方向,项目组就此成果在2014年世界风能大会、国际能源署风能项目数值模式技术研讨会和2015年第三届能源与气象学术研讨会上进行了学术交流,受到国内外同行关注,为风能资源多尺度数值模拟技术的发展提供了有意义的参考。2015年中国工程院重大咨询项目“我国能源技术革命的技术方向和体系战略研究”引用了本项目成果“中尺度气象与计算流体力学结合的降尺度数值模拟与预报方法”,并进一步提出我国风能资源多尺度数值模拟与预测系统的技术发展规划建议。

3. 风电场风速和风电功率短临预报技术

已在中国气象局风能业务服务平台中实现业务化服务,目前已服务于全国近百家风电场。

项目组于20141219日在北京召开了面向北方省份的项目成果推介及技术培训会。培训内容包括:风电场短期风电功率动力降尺度预测系统、风电场风速和风电功率短临预报技术和内蒙古风电场区气象要素预报及高影响天气预警系统。来自8个气象部门和8个风电企业共31人参加了技术培训。

 

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