新版“兩個細(xì)則”下風(fēng)電場預(yù)測功率及理論功率的分析與優(yōu)化

文 | 馬曉慧，丁同光，宋剛，馬鳳林

國家能源局西北監(jiān)管局于2018 年12 月頒布實(shí)施了《西北區(qū)域發(fā)電廠并網(wǎng)運(yùn)行管理實(shí)施細(xì)則》和《西北區(qū)域并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)管理實(shí)施細(xì)則》（簡稱新版“兩個細(xì)則”），自此，2015 年頒布實(shí)施的舊版“兩個細(xì)則”廢止。

“兩個細(xì)則”對保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定、促進(jìn)新能源與傳統(tǒng)能源協(xié)調(diào)發(fā)展起到重要作用，為新疆電網(wǎng)并網(wǎng)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行管理提供技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與行業(yè)規(guī)范。根據(jù)國家能源局新疆監(jiān)管辦公室公布的“兩個細(xì)則”考核與補(bǔ)償情況，截至2019 年12 月，新疆電網(wǎng)共有123個風(fēng)電場、276 個光伏電站、34 個火電廠、23 個水電站和1 個燃?xì)怆娬颈患{入“兩個細(xì)則”管理。

圖1 風(fēng)電場功率預(yù)測管理流程

風(fēng)電場功率預(yù)測管理流程

新版“兩個細(xì)則”對風(fēng)電場功率預(yù)測的精度要求提高、考核金額加大。與舊版相比，上傳率由90%提高至95%，短期功率預(yù)測指標(biāo)取消了均方根誤差考核，增加了超短期預(yù)測中的調(diào)和平均數(shù)準(zhǔn)確率指標(biāo)；同時，為驗(yàn)證風(fēng)電場在不限電情況下的理論出力效果，增加了理論功率指標(biāo)。新疆電網(wǎng)省地一體化調(diào)度管理系統(tǒng)于次日公示考核明細(xì)，國家能源局新疆監(jiān)管辦公室按月度公布考核結(jié)果。

結(jié)合風(fēng)電場實(shí)際運(yùn)行情況，對預(yù)測功率及理論功率的上傳和考核計(jì)算流程進(jìn)行系統(tǒng)梳理，詳見圖1，新版“兩個細(xì)則”總體考核要求見表1。

某風(fēng)電場考核原因數(shù)據(jù)分析

某裝機(jī)容量為49.5MW 的風(fēng)電場位于新疆羅布泊風(fēng)能資源區(qū)，是天山山脈氣流向東運(yùn)動的必經(jīng)之地。該風(fēng)電場采用33 臺華創(chuàng)風(fēng)能CCWE1500-93型風(fēng)電機(jī)組，塔筒高度為78m，2019年11 月的平均風(fēng)速為3.16m/s，從切入風(fēng)速3m/s 至切出風(fēng)速25m/s 的有效風(fēng)時數(shù)占比為46.2%，其中，3m/s 至額定風(fēng)速10m/s 之間的有效風(fēng)時數(shù)占比為97.4%，可見該月整體風(fēng)況以小風(fēng)天偏多。同時，該風(fēng)電場月度“兩個細(xì)則”考核分?jǐn)?shù)在區(qū)域?qū)?biāo)排名中較高，具有一定的代表性。本文以該風(fēng)電場“兩個細(xì)則”考核明細(xì)及公示分?jǐn)?shù)為例，對其按以上四項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行月度考核計(jì)算，計(jì)算結(jié)果（表2）與能監(jiān)辦公示的考核總分一致，反映了計(jì)算公式及依據(jù)的準(zhǔn)確性。

表1 新版“兩個細(xì)則”對風(fēng)電場功率預(yù)測的考核指標(biāo)

表2 2019年11月新疆某風(fēng)電場“兩個細(xì)則”考核計(jì)算結(jié)果

一、超短期功率預(yù)測考核分析

（一）無風(fēng)天存在小數(shù)位差異

在無風(fēng)天時，雖然預(yù)測值與實(shí)際值的差值小，但由于存在兩位小數(shù)的偏差，導(dǎo)致公式計(jì)算出的偏差大。如圖2 所示，以2019 年11 月28 日為例，該天僅因1：00－2：15 和17：30 七個噪點(diǎn)導(dǎo)致整體數(shù)據(jù)失真，調(diào)和平均數(shù)準(zhǔn)確率僅為1.91%，考核分?jǐn)?shù)為5.43分。其原因?yàn)樵谇腥腼L(fēng)速3m/s 附近，此風(fēng)電場采用的機(jī)組未能正常發(fā)電。由于機(jī)組能否正常并網(wǎng)發(fā)電與整機(jī)性能息息相關(guān)，而功率預(yù)測廠家是以整機(jī)理論功率曲線進(jìn)行預(yù)測，因此業(yè)主單位應(yīng)及時將此情況向功率預(yù)測廠家進(jìn)行反饋。

針對此問題，建議在無風(fēng)天時，合理利用超短期調(diào)和平均數(shù)準(zhǔn)確率公式中的免考核策略，將類似情況的功率調(diào)整為裝機(jī)容量的3%以內(nèi)，免除因此部分偏差造成的考核分。

（二）大風(fēng)天存在氣象源偏差

以2019 年11 月3 日為例，在大風(fēng)天時，出現(xiàn)氣象數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)變化幅值不一致的情況。如圖3 所示，實(shí)際風(fēng)速從13：30 開始到次日00：00 均高于預(yù)測風(fēng)速，造成功率平均偏差為1.89MW，少預(yù)測電量約為1.03萬千瓦時。

針對此問題，建議升級功率預(yù)測算法，參照實(shí)際功率做預(yù)測；同時，也可提高氣象采集頻次，由目前的一日兩次增加為多次。

二、理論功率考核分析

（一）無風(fēng)天理論功率出現(xiàn)負(fù)值

以2019 年11 月18 日 和2019 年11 月25 日為例（圖4），這兩日基本無風(fēng)，由于風(fēng)電機(jī)組SCADA 系統(tǒng)會考慮待機(jī)狀態(tài)下從電網(wǎng)吸收的功率，因此，理論功率出現(xiàn)負(fù)值，而電網(wǎng)側(cè)僅測量風(fēng)電場實(shí)際發(fā)出的功率值，該值始終大于等于零，從而導(dǎo)致偏差。這兩日理論功率中分別有83 個、84個點(diǎn)為負(fù)值，累計(jì)和為-7.93MW，實(shí)際功率為0MW，由此產(chǎn)生的考核分?jǐn)?shù)為2.44 分，占全月理論功率考核的27.5%。然而，需要注意的是，小風(fēng)或無風(fēng)時出現(xiàn)的負(fù)值能夠?qū)Υ箫L(fēng)時部分應(yīng)發(fā)未發(fā)電量進(jìn)行抵消，從而在全天減小與實(shí)際功率的差值，減少理論功率的考核分。

針對上述問題，在進(jìn)行理論功率修正時，不能僅僅將無風(fēng)天理論功率負(fù)值歸零。如圖4 所示，非負(fù)值因素產(chǎn)生的考核分主要由風(fēng)電機(jī)組功率曲線不達(dá)標(biāo)造成，因此，還需對其他風(fēng)況按照Bin 法參照對應(yīng)實(shí)際功率進(jìn)行分區(qū)校準(zhǔn)。

（二）大風(fēng)天風(fēng)電機(jī)組功率曲線不達(dá)標(biāo)

以2019 年11 月22 日 為 例，當(dāng)日17：45 － 23：45 的 平 均 風(fēng) 速 為10.39m/s，且當(dāng)日無故障機(jī)組，按照功率曲線理論功率應(yīng)為149.2MWh，然而實(shí)際功率卻為143.7MWh。其中，電網(wǎng)已自動篩除該時段中的限電時刻，反映出風(fēng)電機(jī)組存在應(yīng)發(fā)未發(fā)的情況。

（三）理論功率的修正方法

針對上述兩項(xiàng)問題，為使理論功率與實(shí)際功率趨勢一致，基于Bin 法將預(yù)測功率按0.5MW 為一個單位步長，統(tǒng)計(jì)[0.5MW，49.5MW] 區(qū)間各預(yù)測功率下的平均實(shí)際功率，進(jìn)行理論功率矯正系數(shù)的計(jì)算，如圖5 所示，得出平均矯正系數(shù)為95.6%。矯正后理論功率符合實(shí)際功率變化，有效降低了考核分。

圖2 預(yù)測功率的絕對誤差

圖3 測風(fēng)塔和天氣預(yù)報(bào)的風(fēng)速對比

對風(fēng)電場運(yùn)行與管理的建議

隨著新能源在外送通道占比的提升及現(xiàn)貨交易市場的逐步開放，新能源企業(yè)對短期、超短期預(yù)測功率和理論功率的精度要求將日益嚴(yán)格。因預(yù)測功率和理論功率精度不達(dá)標(biāo)造成的考核分值偏高已然成為拉低企業(yè)盈利水平的“出血點(diǎn)”，因此，制定行之有效的策略是當(dāng)前提升“兩個細(xì)則”管理能力的關(guān)鍵所在。本文通過歸納整理目前已實(shí)施管理辦法，形成如下幾條建議：

一、提升運(yùn)行人員的數(shù)據(jù)分析能力

提高風(fēng)電場運(yùn)行人員對風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)與數(shù)據(jù)分析能力，使其具備掌握短期預(yù)測狀態(tài)、超短期預(yù)測狀態(tài)、風(fēng)電機(jī)組接入狀態(tài)、氣象預(yù)測狀態(tài)、功率預(yù)測上報(bào)、測風(fēng)塔數(shù)據(jù)上傳狀態(tài)的運(yùn)維能力。同時，要理解考核指標(biāo)來源，形成測風(fēng)塔、功率預(yù)測系統(tǒng)、風(fēng)電機(jī)組SCADA 系統(tǒng)等

多元數(shù)據(jù)集合分析的思維能力。尤其針對理論功率曲線不達(dá)標(biāo)的問題，按照GB/Z35483―2017《風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)電量可利用率》，該類情況屬于風(fēng)電機(jī)組處于正常運(yùn)行但仍含有潛在發(fā)電量的狀態(tài)，雖然時間可利用率達(dá)標(biāo)，但從發(fā)電量可利用率上追溯則能發(fā)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組存在的“隱形”缺陷。后續(xù)應(yīng)對風(fēng)電機(jī)組變槳、偏航、齒輪箱、發(fā)電機(jī)等各傳動環(huán)節(jié)參數(shù)進(jìn)行分析，探究理論功率不達(dá)標(biāo)的根本原因。

二、提高免考核申報(bào)的通過率

根據(jù)國家能源局新疆監(jiān)管辦公室下發(fā)的《新疆區(qū)域并網(wǎng)發(fā)電廠〈兩個細(xì)則〉補(bǔ)充規(guī)定》和《新疆區(qū)域并網(wǎng)發(fā)電廠〈兩個細(xì)則〉免考核規(guī)定》，目前“兩個細(xì)則”考核均按三折執(zhí)行，要求風(fēng)電場人員掌握免考核申報(bào)的多種途徑及具體執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，對電網(wǎng)故障類、檢修計(jì)劃類、第三方故障類、不可控外力類、更換系統(tǒng)類、未滿一年類、限電未完全篩除類免考途徑要有敏銳的洞察力和分析能力。

三、強(qiáng)化與第三方廠家的技術(shù)溝通

風(fēng)電場預(yù)測功率和理論功率模型的優(yōu)化與修正并非一蹴而就，其需要大量歷史數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練樣本，因此，風(fēng)電場應(yīng)本著科學(xué)客觀的原則與第三方服務(wù)廠家進(jìn)行技術(shù)溝通，不能僅以降低考核為單一訴求，而應(yīng)從多元數(shù)據(jù)分析角度尋找解決思路，從而達(dá)到信息共享與有效交流，提高風(fēng)電場預(yù)測功率、理論功率的準(zhǔn)確性和可靠性。

圖4 因理論功率不達(dá)標(biāo)產(chǎn)生的考核分

圖5 理論功率的矯正系數(shù)

結(jié)語

“兩個細(xì)則”降考核管理是新能源場站降本增效的有效手段，為不斷提升功率預(yù)測設(shè)備治理水平，最大程度降低由功率預(yù)測不達(dá)標(biāo)造成的考核分?jǐn)?shù)，需對風(fēng)電機(jī)組功率預(yù)測、運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合性分析，提高風(fēng)電場功率預(yù)測的準(zhǔn)確率和風(fēng)電機(jī)組的可利用率。同時，隨著現(xiàn)貨交易市場的逐漸開放，對日前預(yù)測、超短期預(yù)測的精度要求會日益增加，對于如何在降考核和提收益上提升風(fēng)電場競爭力，還需在數(shù)據(jù)挖掘和分析上進(jìn)行深入的研究與思考。