基于GIS 的風能預報技術分析

陳遠太 賴迎

國家電投集團江西電力有限公司高新清潔能源分公司 江西南昌 330000

在風電的電廠調度以及網上交易過程中，良好的風能預測技術是一個至關重要的控制手段。通過風能預報技術的合理應用，可以有效減少風電電網的備用容量，以此來提升風電的品質與價值。而將當今先進的GIS技術應用其中，將會顯著提升風能預報技術效果，以此來實現技術優勢的充分發揮。

1 GIS 技術簡介

GIS 技術是地理信息系統的簡稱，該技術是一種由多個學科多種技術交叉而成的技術，它可以將地理空間作為基礎，通過地理模型的分析來進行多種空間以及動態形式地理信息的提供。該技術的基本功能是顯示出地理圖形，然后再進行顯示結構的瀏覽、操作與分析。將該技術應用到風能預報技術中，可以對風能方面的地理信息進行全面準確地采集、管理、儲存、分析、處理、顯示以及描述，以此來全面提升風能預報的準確度。

2 GIS 技術在當今風能預報技術中的應用現狀

就目前的情況來看，GIS 技術在國外的風能預報技術中已經得到了非常廣泛的應用，比如，在愛爾蘭的Electricity Supply Board系統以及1owa 系統中，GIS 技術就發揮著關鍵性的作用；在美國的氣象服務系統中，GIS 技術也得到了科學應用，并幫助風能預報系統達到了時序外推這一功能；葡萄牙將GIS 技術應用到了MORE-CARE 系統中，進而讓馬德里島上風電場的實際產出得到了科學預測。目前，以GIS 技術為基礎的風能預報技術在德國四大電網公司已經得到了廣泛應用，這使得德國境內風電場中的風能預測率達到了95% 以上[1]。

近年來，我國也開始加大力度對基于GIS 技術的風能預報技術進行研究，尤其是在風電行業的不斷發展中，此方面的研究更是越來越受到社會重視。自2007 年開始，我國的風能預報項目就已經開始啟動，通過GIS 技術在風能預報中的應用，讓我國的風能預報在科學性和準確性方面都實現了不斷的提升。

3 以GIS 為基礎的風能預報技術應用

3.1 WASP 軟件的應用

在我國目前的風電場風能預報中，最常用的風能預報軟件是產自丹麥的WASP 軟件。通過這款軟件的應用，可以讓風能參數與地形之間實現有機結合，并通過PAPK 模式對風能進行計算，同時也對尾波笑一個號對輸出的影響做到了全面考慮。WASP 系統所應用的是一個修正形式的矩陣算法，但是這種算法遠遠不足以滿足大型風電廠的實際風能預報需求。如果地形風場比較復雜，通過該軟件所獲得的計算結果也將會存在較大的誤差。而在對普通地形進行風場計算的過程中，如果風場高度超過10m，風速和切邊這兩者之間關系的計算會更加準確；但是如果風場高度在10m 以下，地面上的一些附著物體就會對計算精度造成一定的影響，進而增加計算誤差。

3.2 GIS 環境下的空間分析模型建立

對于GIS 技術而言，其核心功能是空間分析。而在通過GIS技術進行空間分析的過程中，一項關鍵的內容就是空間分析模型的建立。因此在對基于GIS 技術的風能預報技術進行研究的過程中，實現GIS 環境下的空間分析模型建立是保障GIS 技術功能充分發揮的一條必經之路。而如何通過GIS 技術的有效利用來分析和預測模型功能以及空間動態則是在對GIS 海量應用方法數據進行處理的過程中所面臨的一個艱難選擇。因此，在具體的研究過程中，很多專家學者都提出或者是直接應用到了一種以面向對象形式的模型為基礎的表示方法，這種方法不僅可以為GIS 環境下的模型共享提供支撐，同時也可以實現GIS 環境下的模型重用與合成[2]。

在這個面向對象形式的模型中，其第一個表示方法的概念屬于模型類的概念，這一概念是在對模型功能性進行摸索的過程中所產生的一組特征相同的模型集合，將這個模型集合合理應用到風能的預測中，就可以讓典型的風電場獲得到科學的統計數據。其第二個表示方法的概念屬于對象類型的概念，也就是模型實例，它屬于對風電場進行實際測量的具體資料。第三個表示方法的概念是模型類型的實例，也即是通過對典型風電場所進行的出力情況分析來實現相關子類的生成，以此來實現對一個風電場的具體處理，直到讓一個風電機得出預測出力為止。所以在具體的建模過程中，需要在模型庫內構造出一個與類和子類有關的適當結構。

3.3 GIS 技術在風能預報技術中的發展

在基于GIS 的風能預報技術應用過程中，地理信息系統一定要朝著更加智能的GIS 方向實現進一步的發展，這樣就可以提供出更加全面、豐富的空間分析功能，然后將空間分析中的基本算子與對象組合為積木式的空間分析模型。通過最近的研究發現，在風電場區之內，每一年的平均風速和地理空間因子之間的相關關系都十分顯著，在對每一年的平均風速進行目的的過程中，發現這個模擬風速和通過WASP 這款軟件所計算出的風資源有著基本相同的大值區分布情況，但是就其細致的計算結果來看，通過GIS 技術所進行的模擬計算會比通過WASP 軟件所進行的計算好很多[3]。

雖然在目前的風能預報技術中，多元回歸方法的應用依然比較普遍，GIS 技術的應用理論與實踐都相對較少，但是通過相關研究也足以發現，將GIS 技術應用到風能預報這一領域中，將會有著十分光明的發展前景。隨著科學技術的不斷發展，在風電場中，SCADA（風電場數據采集監控系統）已經得到了越來越廣泛的應用。尤其是在地形比較復雜的環境中，該系統對于地理信息系統有著非常高的要求，在這樣的情況下，將GIS 技術合理應用到這一系統中，將會為該系統應用效果的提升帶來非常顯著的優勢。

4 結語

綜上，在風電行業的發展過程中，風能預報的作用十分關鍵。因此，為保障風能預報的科學與準確性，研究人員應加大力度對GIS 技術在風能預報中的應用進行研究，以此來提升風電場測量和風能預報效果。