国内系统概述

国内风电功率预测技术起步较晚，但随着风电事业的快速发展，在科研院所和企业的共同努力下，我国在风电功率预测领域也取得了很多研究成果，诞生了许多有代表性的风电功率预测系统。

4.4.2.1　中国电力科学研究院风电功率预测系统

中国电力科学研究院（简称中国电科院）风电功率预报系统是我国研发最早、投运时间最长、应用范围较广的同类系统。该系统使用JAVA 语言开发，B／S架构、界面友好，维护方便，可运行于Windows或Linux系统平台。可提供0～4h超短期功率预测、0～24h、0～48h、0～72h短期功率预测及0～168h的中长期功率预测；符合电力二次系统防护规定，与电力二次系统具有良好的接口。

风电功率预测系统具备对各类风电场发电功率预测建模能力，对有历史功率数据的已投运场站和缺乏历史数据的新建场站均可建模，预测建模不受客观条件限制，并提供多种建模方式：对已投入运行的风电场，系统采用统计建模方式，需要收集风电场的历史功率数据；对新建风电场，由于缺乏历史数据无法进行数字建模，中国电科院新能源研究所采用独特的物理建模方式，为新建风电场提供物理建模。风电功率预测系统采用差分自回归移动平均模型 （ARIMA）、混沌时间序列分析、人工神经网络 （ANN）等多种算法，根据预测时间尺度的不同使用上述算法构成组合预测模型，对每一种算法的预测结果选取适当的权重进行加权平均算法从而得到最终预测结果，权重的选择可以采用等权平均法、最小方差法，保证预测的准度和精度。

系统包含登录控制模块和综合查询模块、系统管理模块3个模块，15项功能，如图4-9所示。

图4-9　中国电科院风电功率预测系统功能模块图

1.登录操作

系统采用B／S架构，用户登录系统不需要安装其他软件，在系统所在网段任何一台电脑的浏览器上输入风电功率预测系统的网址即可进入登录页面，如图4-10所示。

图4-10　系统登录界面

2.实时状态监测

实时状态监测以地图的方式直观地展示各个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采集周期而定，一般为1～5min 刷新一次，预测功率为15min 一个点，所以预测功率15min刷新一次，如图4-11所示。

3.曲线展示

曲线展示模块主要包括预测曲线及实际曲线，以列表的形式展示各个风电场当前的预测功率和实际功率，并可以通过日期控件、风速层高的下拉列表等条件进行多种选择，点击提交按钮，即可显示相应的信息，并可将结果以excel、csv两种格式导出到本地，如图4-12所示。

4.气象信息展示

用户通过选择风电场的不同时间段和层高 （目前能够提供的风速有10m、30m、100m、170m 四个层高），系统将根据用户选定的条件绘制风向玫瑰图，如图4-13所示。

用户通过选择风电场的不同时间段和层高 （目前能够提供的风速有10m、30m、100m、170m 四个层高），系统根据用户选定的日期区间等条件绘制各个层高的风速分布情况，如图4-14所示。

图4-11　系统实时状态监测图

图4-12　系统曲线展示界面

图4-13　风向玫瑰图

图4-14　各层高风速图

5.报表统计

报表统计模块包含4个子模块，即：预测指标统计及导出、预测曲线及实际曲线导出、风电运行报表、限电记录查询及导出。

（1）预测指标统计及导出。该模块通过选择风电场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，目前可以统计出的预测指标有平均绝对误差、均方根误差和误差小于20%的点所占的比例，并可通过excel、csv两种格式导出到本地。

（2）预测曲线及实际曲线导出。在该模块页面，用户可将风电场一段时间的预测数据和实际出力数据以excel文件导出到本地。

（3）风电运行报表。根据国家电网调度中心的统一风电报表要求，预测系统会自动生成风电的日报、月报等报表，并通过标准的报表格式展示，同时，可通过excel、csv两种格式导出到本地。

（4）限电记录查询及导出。该模块用于查询风电场一段时间内的限电记录，并对查询的限电记录提供按日、月两种方式进行导出。

6.系统管理

系统管理模块下的子模块包括新增组别、组别管理、装机容量设置、用户管理、风电场限电设置、风电运行日报数据补充、预测开机容量设置、弥补预测结果等。

（1）新增组别。在该模块页面，用户可根据实际情况将系统中的所有风电场按组别划分，并将某些风电场按上级组别为地区等方式进行划分，以便于管理。

（2）组别管理。用户可对系统中现有的所有组别进行管理，包括组别的编辑、删除等操作，但只有风电场管理员具有此权限。

（3）装机容量设置。该模块用户可以根据实际情况对预报系统中所有风电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，在风电场没有填报第二天的开机容量的情况下，系统会以该风电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，修改界面如图4-15所示。

图4-15　装机容量设置界面

（4）用户管理。该模块由超级管理员用户 （系统会自动化初始一个）实现新用户的添加和对原来用户进行编辑、删除和密码修改等操作，一般系统建议只设置一个超级管理员，其他用户由超级管理员统一添加，以免管理混乱。

（5）风电限电设置。在该模块，通过添加按钮即可以添加当天的一条限电记录，根据限电时间自行选择时段设置，系统将给予保存，并可在同一天添加多条限电记录，系统会根据此信息进行预测结果的校正。

（6）风电运行日报数据补充。该模块主要针对某些天因一些问题导致风电报表未能生成的情况，在这里用户可以手动自行选择时间段进行弥补。

（7）预测开机容量设置。在该模块，用户可以根据实际情况设置未来一天风电场的开机情况，这里只需要填写风电场未来一天的总开机容量，不需要具体到每一台风电机组，提交之后，预报系统将根据用户填报的开机容量进行预测，如果不填，预报系统会按照默认全部开机的情况进行预测。

（8）弥补预测结果。由于网络或其他原因，有时会导致预测系统未能完全正常预测，导致某些时刻没有预测结果，为保证数据的完整性，需要弥补预测结果，此模块为用户提供了对缺失预测结果的时间段进行插补的功能，用户需根据实际情况选择时间区间，提交之后进行弥补。

4.4.2.2　国能日新风电功率预测系统SPWF-3000

北京国能日新系统控制技术有限公司开发的风电功率预测系统SPWF-3000，具备高精度数值气象预报功能、风电信号数值净化、高性能物理模型、网络化实时通信、通用风电信息数据接口等高科技模块；可以准确预报风电场未来168h功率变化曲线。该系统为风电场业主科学运营风电场提供重要信息。通过测风数据挖掘为发电量指标达标与否做出更合理的解释；通过7天功率预测做出合理的风电机组检修计划，减少弃风；通过精准的功率预测为电网的调度计划提供依据，为风电场并网扫平技术障碍。

风电场风电功率预测系统是以高精度数值气象预报为基础，搭建完备的数据库系统，利用各种通信接口采集风电场集控和EMS数据，采用人工智能神经网络、粒子群优化、风电信号数值净化、高性能时空模式分类器及数据挖掘算法对各个风电场进行建模，提供人性化的人机交互界面，对风电场进行功率预测，为风电场管理工作提供辅助手段。

系统包括硬件终端设施与国能日新自主研发的风电功率预测软件系统。通过采集数值气象预报数据、实时测风塔数据、实时输出功率数据、风电机组状态等数据，完成对风电场的短期风电功率预测、超短期风电功率预测工作，并向电网侧上传测风塔气象数据和风电功率预测数据。(www.xing528.com)

风电场风能预测智能管理系统操作主要有三部分组成：人机界面、接口和数据库操作。人机界面为通过浏览器访问服务器上的制定资源，用来进行用户管理、系统设置、状态监测、功率预测、气象信息、统计分析和报表管理等功能的主要操作界面；接口和数据库是后台运行程序，负责接收、计算和存储系统运行数据，接口和数据库的操作在初始安装配置后会自动运行，用户不必进行操作，如需更改，可在相关操作说明或技术人员的指定下进行操作。下文将对系统的主要操作流程进行介绍。

1.主界面

国能日新系统主界面如图4-16所示。

图4-16　国能日新系统主界面

主界面分为三个模块：上方控制界面模块、左边菜单模块、中间主题内容模块。上方控制界面可以实现界面UI的更换、密码修改、重新登录、退出系统等功能；左边菜单是整个系统的导航，可以快速链接到对应的主题内容。

2.系统设置

菜单栏的系统设置菜单包括7个选项：风电场设置、风电机组设置、风电机组型号设置、测风塔设置、预测设置、限电设置和维护检修计划。

（1）风电场设置。风电场设置主要用来设置风电场的信息，用户可在菜单栏中点击“系统设置” 菜单，选择“风电场设置” 进入电场信息界面，如图4-17所示。

左边列表显示系统中风电场的总信息，右边显示选中风电场的详细信息。选择列表上方的新建按钮，弹出添加风电场信息的输入信息框如图4-17 （b）所示，用户可根据需要填写电场信息，注意名称、编号和投运装机容量不能为空，其他可根据具体情况填写。

（2）机组、机组型号、测风塔、限电、维护检修设置。用户可在菜单栏中点击 “系统设置” 菜单，选择“机组设置”“机组型号设置”“测风塔设置”“限电设置”“维护检修设置” 进入相应设置界面。在设置界面中，可添加、修改、删除相关信息。

（3）预测设置。预测设置中主要设置短期预测启动时间、预测数据数据源、计划开机容量。用户可在菜单栏中点击“系统设置” 菜单，选择 “预测设置” 进入预测设置界面，如图4-18所示。

图4-17　风电场设置界面

图4-18　预测设置界面

1）短期预测启动设置。短期预测启动设置是设置预测服务进行短期预测的启动时间，短期预测一般一天预测一次，启动的时间要在每天的气象数据下载后进行设置，启动时间设置后短期预测服务会在该时间以后进行未来7天的短期预测。考虑以后可能会有多次预测，本次预留另外两次预测时间的接口。

短期预测设置的方法，是在文本框中设置好时间后，点击 “修改” 按钮进行保存。

2）预测数据源设置。预测数据源的设置是根据现场的实际情况，若接收的实发功率是并网功率，则以并网功率为数据源进行模型训练，对风电场发电功率进行预测。若在实际运行过程中仅接收风电机组的数据，没有接收并网功率数据，则把该值设为 “风机功率”，后期的预测是以风电机组数据为基础进行预测。

对该值的设置要慎重，若现场没有接收到并网功率，而设置中确设成了 “并网功率” 选项，则会造成预测时取不到数据源，无法进行模型训练，导致预测结果误差偏大。该值由现场实施人员根据实际情况进行设置，设置后用户不要随意更改。

设置的方法既要选择设置的数据源，选中后也要根据用户权限判断是否保存修改信息。

3）计划开机容量设置。计划开机容量是用户根据风电场风电机组的实际运行情况，填写计划开机容量。设置开机容量可更好地帮助预测服务做好风电场的出力预测，提高预测精度。

计划开机容量设置分为增加、修改、删除操作。增加的方法是在 “计划开机容量” 的文本框内输入计划开机容量值，单位MW，设置好开始时间和结束时间，点击 “增加” 按钮。增加时注意不要增加时间重叠的记录。修改的方法是在列表中设置要修改的内容，点击“修改” 按钮。删除是选中列表中要删除的项，点击 “删除” 按钮。

3.状态监测

菜单栏的状态监测菜单有两个选项：系统状态和风电机组状态。

（1）系统状态监测。系统状态主要用来显示风电功率预测系统中后台运行的服务、人机界面运行的状态及与其他厂家通信的接口状态。

（2）风电机组状态监测。风电机组状态主要显示风电场风电机组运行的状态，实时显示风电机组的投运状况，如图4-19所示。

图4-19　风电机组运行状态监测界面

4.功率预测

功率预测主要包括短期预测、超短期预测、风速预测三个选项。

（1）短期预测曲线。短期预测界面是实发功率和预测功率进行对比展示的界面，界面中同时展示实发功率、预测功率、置信区间下限、置信区间上限、限电计划等曲线，同时下方用列表形式显示相关功率数据信息。实发功率5min刷新一次，如图4-20所示。

图4-20　短期预测界面

1）选择电场。如果系统中有多个风电场，可在风电场选择中选择要展示的风电场。

2）显示周期。本系统可展示1～7天的功率预测，用户可在下拉列表中选择要展示的天数。

3）曲线缩放。界面中的曲线可根据需要进行放大缩小，放大的方法是用鼠标在需要查看的曲线上自上而下拖动一个矩形框，可对曲线进行放大。缩小的方法是点击右上角的显示全部按钮，缩小时会缩小至原始状态。

4）手动修改。用户可根据需要手动修改预测功率，修改的方法是在下方列表中预测功率列，首先必须选择要修改的列然后在列表上点击 “修改” 按钮，在弹出的修改界面上设置数据，点击“保存” 按钮。设置成功后界面可自动刷新查看最新的数值。修改后，上报数据时即按照用户设置的值进行上传调度。因此用户修改预测值时要得到值班管理员的允许。修改预测值只能对未来的时间进行修改，已过去的时间不允许修改。

5）数据导出。用户点击右上方的“导出数据” 按钮，可导出xls格式的短期预测数据，可以根据选择导出的数据范围，具体选择导出几天的数据，最多可导出7天的短期预测数据。

（2）超短期预测曲线。超短期预测界面是实发功率和预测功率进行对比展示的界面，界面中同时展示实发功率、预测功率、置信区间下限、置信区间上限、限电计划等曲线，同时下方用列表形式显示相关功率数据信息。实发功率5min刷新一次。超短期显示的数据为当前时间往前4h和往后4h的数据，如图4-21所示。

1）选择风电场。如果系统中有多个风电场，可在风电场选择中选择要展示的风电场。

2）曲线缩放。界面中的曲线可根据需要进行放大缩小，放大的方法是用鼠标在需要查看的曲线上自上而下拖动一个矩形框，可对曲线进行放大。缩小的方法是点击右上角的显示全部按钮，缩小时会缩小至原始状态。

图4-21　超短期预测界面

3）手动修改。用户可根据需要手动修改预测功率，修改的方法是在下方列表中预测功率列，首先必须选择要修改的列然后在列表上点击“修改” 按钮，在弹出的修改界面上设置数据，点击“保存” 按钮。设置成功后界面可自动刷新查看最新的数值。修改后，上报数据时即按照用户设置的值进行上传调度。因此用户修改预测值时要得到值班管理员的允许。修改预测值只能对未来的时间进行修改，已过去的时间不允许修改。

4）数据导出。用户点击右上方的“导出数据” 按钮，可导出xls格式的超短期预测数据。

5.国能日新风电功率预报系统特色功能

国能日新自主研发了虚拟测风塔技术，这一技术能够为业主节约大量建设费用。虚拟测风塔是一套软件模块，无需建设实体测风塔，即可完全满足测风数据及其他气象数据的采集和主站上传要求。虚拟测风塔可以位于风电场内及附近的任意位置，不受风电场区域限制；时间采集精度能够任意选取；同时没有任何工况限制，即使出现了极限天气，依然能够正常工作。基于虚拟测风塔技术，超短期功率预测精度达到90%。目前该技术已被多个风电场所采用，既为业主节约了大量的建设投资，还减少了可观的维护成本。