新能源发电功率预测系统数据流容错研究

新能源发电功率预测系统数据流容错研究

高源

（国华（通辽）风电有限公司内蒙古通辽028000）

摘要：本文阐述了新能源的概述，并从系统数据流出发分析了问题的原因，从设计到验证过程总结了优化处理方法。

关键词：新能源；功率预测；数据流；容错性

随着经济的发展，对能源的需求也越来越大，能源危机和环境保护也受到了各国的广泛重视，因此，开发利用如风能、太阳能等可再生能源已是新能源战略的发展趋势。

1新能源概述

新能源又称非常规能源，它是指传统能源之外的各种能源形式。指刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广的能源，如太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等。具有以下特点：①资源丰富，普遍具备可再生特性，可供人类永续利用；②能量密度低，开发利用需较大空间；③不含碳或含碳量少，对环境影响小；④分布广，有利于小规模分散利用；⑤间断式供应，波动性大，对持续供能不利。

2数据流问题

1、数据流分析。工程现场通信网络结构复杂，通信节点多，互相之间的通信协议差异，再加上管理的问题，会发生数据流中断的现象，导致预测系统不能正常工作。数据异常情况包括以下几种。

①预测结果上送异常。其原因包括由场站通信网络不稳定导致的通信中断，由各省区通信协议差异开发调整带来的程序异常。直接影响到预测系统的考核指标，包括上送率和准确率等。

②数值天气预报数据下载异常。数值天气预报服务器直接与外网相连，外部网络状况有直接影响，一旦发生通信中断，将影响到数值天气预报获取。同时，数值天气预报供应商的数据准确性及服务稳定性，也是重要的影响因素。

③气象观测仪器数据异常。当地气象观测仪器的安装和调整问题，如需要稳固的基础、合适的角度、避开遮挡阴影等。网络通信连接及协议转换问题，送出数据的系数转换配置错误，气象仪器硬件故障等，都会导致气象观测数据异常。

④并网功率获取异常。不同安全分区之间数据的传递异常，导致网络通信和数据采集的稳定性、可靠性对此有影响。

⑤场站管理因素。场站发电出力接受调度调节通过AGC指令限电，部分地区频繁限电，并网有功功率低于正常发电能力；部分场站由于规划安排分期建设并网，新增容量并网后，并网有功随之有较大变化；此外由于检修停运等影响，实际运行容量与装机容量不同，也导致预测数据与实际发电有较大误差。

上述问题涉及新能源场站多方，改进和解决工作依赖于各方协调沟通和通力合作。做好以下工作有利于解决问题。

①合理的通信网络规划布置和科学的建设施工，如把运行人员使用的外网路由器与数值天气预报使用的外网路由器分开布置，施工作业范围避开对外网络通道等。调试完成时，对数据流的正确性对比验证，确保数据连接正常及数据采集准确无误。

②在场站扩容时，用户填写修改装机容量值；在并网后若有运维人员检修作业，就由用户提前填写录入检修计划等。

③预测系统提供各种数据流异常的报警，用户在发现报警信息后及时排查确认问题，在预测系统供应商的支持下快速恢复服务等。

2、数据容错处理。数据异常除从源头排除问题保证数据可靠外，预测系统还可对发现的数据错误采用以下办法。

①数值天气预报异常处理方法。供应商一般提供3天预报信息，在没有最新信息的情况下用次新预报信息，在无预报数据时用临近日期气象信息，并给出对数值天气预报获取异常告警提示。

②气象观测仪器异常处理方法。考察一次能源和发电功率之间的约束关系，值域范围约束，在数据出现异常时按临近数据变化情况补齐，并对数据异常给出告警提示，对数据品质做区分标记。

③上送程序异常处理方法。使用软件狗监视程序运行状态，对上送程序的通信状态进行监视，一旦通信中断就给出告警提示。

④短期预测过程异常处理方法。在短期预测过程中，当必要数据缺失导致无预测输出时，参考临近日期的发电信息预测，并给出对异常处理告警提示。

⑤超短期预测过程异常处理方法。在超短期预测过程中，当必要数据缺失导致无预测输出时，用短期预测输出结果，并给出对异常处理告警提示。

3、误差补偿处理。新能源预测系统的重要误差来源是数值天气预报。数值天气预报精确度依赖于气象预报供应商的技术和服务水平。另外，对数值气象预报数据的预测误差，大致分为系统误差和随机误差。针对系统误差，可通过对比气象预测值和实测值前后的差异，识别并加以补偿来减小影响。针对随机误差，目前的研究情况是通过观测预测法，如通过卫星云图数据、地基云图、空间相关性方法来消除不确定性，或通过分解随机因子并对其进行数学处理等，或采用多个供应商的数值气象数据组合。

3干扰数据处理方法

1、干扰数据。鉴于电网安全上要求横向隔离、纵向加密，根据各种系统分头实施的现状，导致多种重要信息在运行时没有录入到预测系统中。如AGC频繁下发限电命令、电场内检修工作、光伏站内光伏板清洗等，这类因素直接影响了电站出力。当前对这几类信息一般做法是不处理，或要求到预测系统上手工填报，对跨不同安全分区的系统和重复填写，会导致实际多未使用。将这部分信息接入预测系统或识别出干扰数据并有效利用，将有益于高精度预测。

2、干扰数据处理办法

①在安全Ⅲ区设置采集代理模块、用于提取运维清洗范围、清洗时间、检修停电范围、检修停电时间信息的数据采集接口，采集代理模块与运维管理系统、生产管理系统连接；采集代理模块通过反向隔离装置与光伏功率预测系统连接，将采集到Ⅲ区运维数据集中后通过反向隔离装置供功率预测系统调用。

②光伏电站可计算并网功率和辐照度数据相关性，识别限电干扰因素。当相关系数小于0.9时，表明相关性差，给当天数据质量做标记，表明存在限电等干扰因素。选择在每天0点对前一天的数据进行相关性分析，当存在干扰因素时，将判定结果信息写入数据库质量位。

4模拟验证测试方法

1、基于物理原型的测试方法。①构建小型物理系统测试或通过仿真测试，如在研制阶段可通过构建小范围的真实物理系统，园区风力发电或光伏发电系统，配备气象子站和接入数值天气预报，长时间运行，使用真实小型系统验证各个环节的质量，测试验证的场境有限且成本高；②使用通用的仿真工具验证算法的可行性，适合做离线仿真而不能连续长时间运行，有一定的限制条件。

2、基于数据的自动模拟测试方法。基于数据的自动测试系统，无需额外硬件，能模拟各种工程场景，自动连续运行。

①测试系统包括测试对象功率预测系统和自动模拟测试系统。

②自动模拟测试系统的作用是严格按时序提供气象子站的测量信息和并网发电功率，数值气象预报数据，实现模拟气象子站、升压站监控系统、气象预报服务器。

③自动模拟测试系统输入的是现场运行的历史数据，即其中的气象子站数据、电站并网发电数据、气象预报数据。

④自动模拟测试系统所做的数据处理首先是识别合法数据，将多路数据合并到一张表中以便于读取，其次是把上述数据按时间对齐，最后是确定历史数据的日期与当前日期之间的映射。

⑤输出规则是，为模拟实际数据，周期性15min发送气象子站数据、并网功率数据；为模拟气象预报数据每天定时发送对应天的气象预报数据。

5结语

新能源（风力、光伏）具有难预测、难调度、难控制等特点，给电网的安全稳定带来较大的隐患。因此，通过对风力、光伏发电功率的有效预测，能给电力调度提供决策支持，使不稳定的能源变成稳定的具有较高品质的电力产品，从而最大限度地利用风光发电，降低运行维护成本。

参考文献：

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