淺談區域風電集控中心集中式風功率預測系統關鍵技術

王永平，席管龍

（中廣核哈密風力發電有限公司，新疆哈密，839000）

1 系統設計基礎

當前，風電裝機的規模持續擴大，怎樣利用信息技術，解決分散化運維引起的人才不足、設施重置、生產水平低等問題，需風電行業給予高度重視。風電場的現場人員負責整理與收集風電機組的運維數據，在分析數據、診斷與排除故障的過程中運維人員的經驗和專業知識發揮了重要作用。風電場一般在偏遠、環境惡劣、信息流通受阻的地點選址，現場人員易被工作環境限制。集控中心聯合集中式風功率預測系統關鍵技術與運維管理方式，為運行人員減輕工作壓力，在管理中彰顯人性化特點。我們在實時采集和處理風電機組、升壓站、測風塔、視頻監控等設備的數據時，合理應用信息技術，科學判斷故障，完成狀態檢修；集結專業技術人員，建立完整、專業性強的隊伍，支持現場人員開展工作，提升風電場安全生產水平，保證電網運行的穩定性。

1.1 風功率預測

風電功率預測方法可劃分為兩類：一是基于風速預測構建風速與風電功率的關系模型，該方法不能預測風電場輸出功率，而預測風速為風電場輸出功率提供了參考，但預測采取的功率曲線忽略了雜散分布功率特點。二是聯系風電功率的歷史數據，構建預測風電功率模型。

1.2 風電場的特性

風電場的等值與風險機組的單機模型建模對比分析，其難度更大。目前，風電場建模屬國際問題。結合不同的研究對象，對模型提出不同的要求，形成大量風電場等值建模的方法。

2 系統總體設計原則

2.1 系統安全原則

系統設計時，利用網絡從正向和縱向，分別隔離與加密認證裝置，提高系統的安全水平。此外，注意培養內部人員的信息安全意識，保證集控系統穩定運行。

2.2 設計原則

2.2.1 建立穩定安全可靠系統

根據網絡狀態設計系統，建設冗余的網絡環境，提高系統的安全性，保證系統可靠、穩定運行。

2.2.2 集中控制風電場

系統提高了工作人員操作的便捷性，對風場甚至任何一臺風機實現集中控制。

3 系統架構

3.1 硬件架構

圖1 集中式風功率預測系統硬件架構

集中式風功率預測系統設計硬件和網絡架構時，應嚴格遵守安全防護總體原則，提高系統運行的穩定性。硬件設備包括天氣預報服務裝置、主服務裝置、系統工作站、反向隔離設備、防火墻等。

在安全Ⅲ區布置天氣預報服務器；以主服務器采集、存儲數據，實現功率預測，且在安全Ⅱ區完成部署；系統Ⅱ、Ⅲ區利用反向隔離設備交換數據。外網以防火墻向Ⅲ區天氣預報服務器傳輸氣象文本。子站預測數據、風電場借防火墻運行數據，且與Ⅱ區主服務裝置接入。根據通信違約與協議實現通信設計，以標準方法交換信息，且與異構系統交換數據有效適應。

3.2 軟件架構

集中式風功率預測系統的軟件包括基礎實施層、組織功能層、應用模塊層，利用網絡安全層加固系統網絡。具體設計見圖2。

圖2 集中式風功率預測系統軟件架構

集中式風功率預測系統的軟件通過B/S架構與分層設計實現開發與運行，通過處理邏輯以多層次分布式應用層模型得到若干層次，每個層次由服務器組件處理計算邏輯。應用模塊層主要在系統和用戶間實現交互，運維人員借系統監視、風電預測、統計分析等模塊，管理訪問系統的分項數據；組織功能層對應用模塊層請求及時接收，且對組件和服務響應實現具體化處理，組件對基礎實施層檢索與處理的信息實行訪問，接收請求后，向應用模塊傳輸處理結果與數據，由應用模塊展示。

3.3 數據采集

集中式風功率預測系統的采集數據程序利用通信規約與集控中心系統連接，由各風電場實時運行數據，獲得功率預測信息。

圖3 數據采集與處理流程

（1）機組數據采集。由集控中心數據服務器對風電機組風速、風向、運行、功率等信息實現采集。若風電場被檢修與限電控制，則科學設計樣板機，實時采集樣板機的功率數據。對停運、限功率機組運行損失合理計算，在預測數據庫內存儲。

（2）風電場監控系統數據采集。利用集控中心數據服務器采集風電場功率、測風塔數據等電氣參數。

（3）風電場風功率預測系統數據采集。將集控中心數據服務器連接通信違約，對風電場風功率預測系統數據采集。

（4）數據管理。規劃處理采集的數據，對全部數據以風電場監控系統標準實現建模，且統一存儲。

各測點類型影響了數據處理的方式，合理配置算法。檢查采集的測量值，具體方法包括數據過濾、零值處理、門限值檢查、多數據源對比等；過濾風電機組數據，對錯誤與可疑的數據及時排除，實行時間一致性處理；根據預測時間分辨率要求，采樣處理風功率、風速等數據，傳輸至主服務器數據庫，構建預測模型，評價預測結果。

3.4 功能模塊

（1）綜合信息監視

信息監視的基礎是風電場的運行數據、預測數據，且監控區域運行狀態。

將風電場實時數據、子站預測數據入庫，利用過程線對比實測數據和預測數據，以便查詢歷史數據，并在規定區域內繪制歷史曲線。

子站風功率預測系統利用各種顏色顯示運行狀態、道路情況、軟硬件運行狀況等。當風電場風功率預測系統改變運行狀態或形成越限警報時，系統的軟硬件模塊出現故障，形成報警記錄。其中，報警內容涉及數據缺失、通訊異常。報警、預警以不同顏色對事件嚴重程度逐一顯示，有利于管理人員快速處理問題。

利用綜合信息監視模塊統一監管各風電場功率預測系統，準確判斷子站系統故障，對其科學處理，提高巡檢維護工作的效率。

（2）中長期發電量預測

集中式風功率預測系統的創新操作之一是中長期發電量預測。其中，預測模型的輸入量包括天氣預報、運行數據，與多算法、多數據源組合配置，合理預測各風電場的中長期發電量。

結合集中采集數據的優勢，以中長期發電量預測建模，采取回歸分析法、灰色關聯分析法等聯合預測。圍繞區域氣候特征測算參考因數，如天氣變化規律，再關聯性檢查風電場預測數據，科學統計預測結果，持續改進模型。

對中長期發電量預測時，要結合出力受限、機組計劃檢修等掌握影響風電場發電能力的情況，人工設置參數后實行預算識別和測算，評估預測曲線誤差。對置信度誤差客觀評測，避免異常情況影響模型優化。基于管理員權限對預測數據科學調整，修正偏差。聯合預測的中長期發電量狀況，對各風電場制定檢修方案，安排各風電場的運維工作，提升風電場的發電水平。

（3）統計分析

統計分析是指計算和檢驗各子站風電場的歷史預測功率指標，選擇空間維度與多時間維度計算歷史數據，比較電網調度機構，差異化考核風電場，便于管理人員對比功率預測結果。

4 結束語

基于能源危機和環境污染的大環境，在風電產業迅速發展過程中，風能是非常重要的可再生的清潔能源之一。風能的無法控制性和隨機性使電網產生了潛在風險。電網中風電場的比例不斷增長，對風電產業的可持續發展造成了一定影響。而集中式風功率預測系統有效統計分析了全部風電場功率預測數據，科學配置了資源，故對其研究具有一定的現實意義。