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風(fēng)電集群短期及超短期功率預(yù)測(cè)精度改進(jìn)方式綜述
彭小圣，熊磊，文勁宇，程時(shí)杰，伯明翰元，馮雙磊，王勃
DOI：10.13334/j.0258-8013.pcsee.
項(xiàng)目背景
風(fēng)力發(fā)電主要由風(fēng)速、風(fēng)向、氣壓、溫度、濕度等自然條件決定，具有間歇性、波動(dòng)性、隨機(jī)性的特性。大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)了挑戰(zhàn)。風(fēng)電功率預(yù)測(cè)(WindPower，WPP)通過(guò)數(shù)值天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)(，NWP)、風(fēng)電場(chǎng)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)、風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)等，預(yù)測(cè)風(fēng)電出力變化趨勢(shì)，為電網(wǎng)安全、電力調(diào)度、電力營(yíng)運(yùn)帶來(lái)了積極的影響。目前，世界范圍內(nèi)的風(fēng)電功率預(yù)測(cè)大多集中在對(duì)單一風(fēng)電場(chǎng)的功率預(yù)測(cè)。并且單個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的功率預(yù)測(cè)并不能挺好滿足電網(wǎng)調(diào)度的需求。一方面，電力系統(tǒng)作為一個(gè)整體，其不確定性的功率總額更受調(diào)度人員關(guān)注；另一方面風(fēng)電功率預(yù)測(cè)方法，為了對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行合理的實(shí)時(shí)調(diào)度及對(duì)聯(lián)絡(luò)交換功率的有效控制，防止風(fēng)電穿透功率提升而導(dǎo)致的脫網(wǎng)風(fēng)波，須要對(duì)集群風(fēng)電功率作出有效預(yù)測(cè)。我國(guó)的風(fēng)力資源地理分布和電力負(fù)荷中心之間并不匹配，風(fēng)電開(kāi)發(fā)集中在“三北”地區(qū)，產(chǎn)生區(qū)域性的集群分布。為此風(fēng)電集群功率預(yù)測(cè)對(duì)于我國(guó)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行意義重大。
論文所解決的問(wèn)題及意義
（1）風(fēng)電集群功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)的整體框架
論文以我國(guó)東部地區(qū)一個(gè)實(shí)際風(fēng)電集群為對(duì)象，從預(yù)測(cè)流程、數(shù)據(jù)來(lái)源、數(shù)據(jù)流向、物理層次四個(gè)方面闡述了風(fēng)電集群功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)的整體框架，如圖1所示。
圖1風(fēng)電集群功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)的整體框架
（2）風(fēng)電集群功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)層次
論文提出了具有普適性的風(fēng)電功率預(yù)測(cè)模型的6個(gè)數(shù)學(xué)層次，即數(shù)據(jù)層、映射層、特征層、模型層、反饋層、輸出層，如圖2所示。
圖2風(fēng)電功率預(yù)測(cè)的化學(xué)層次
論文重點(diǎn)內(nèi)容
與圖2中的數(shù)學(xué)層次相對(duì)應(yīng)，改進(jìn)風(fēng)電集群功率預(yù)測(cè)精度的方式及其可能的發(fā)展方向主要包括：
數(shù)據(jù)層：1）建立高幀率的NWP系統(tǒng)；2）通過(guò)測(cè)風(fēng)塔數(shù)據(jù)對(duì)NWP數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)修正；3）采用多個(gè)NWP模型組合；4）構(gòu)建科學(xué)規(guī)范的風(fēng)電場(chǎng)數(shù)據(jù)傳輸和管理系統(tǒng)；5）與大數(shù)據(jù)技術(shù)相結(jié)合。
映射層：1）異常測(cè)量與數(shù)據(jù)修正；2）數(shù)據(jù)分解與變換。
特點(diǎn)層：1）特點(diǎn)優(yōu)選；2）新特點(diǎn)建立。
模型層：?jiǎn)蝹€(gè)風(fēng)電場(chǎng)：1）提高數(shù)學(xué)模型預(yù)測(cè)方式的精確度；2）與機(jī)率預(yù)測(cè)方式相結(jié)合；3）采用多元預(yù)測(cè)模型；4）采用先進(jìn)的人工智能技巧。風(fēng)電集群：1）子區(qū)域界定模型的改進(jìn)；2）基準(zhǔn)風(fēng)電場(chǎng)選擇模型的改進(jìn)；3）升尺度模型的改進(jìn)。
反饋層：1）預(yù)測(cè)結(jié)果反饋調(diào)整模型類型；2）預(yù)測(cè)結(jié)果反饋調(diào)整模型參數(shù)。
推論
自然誘因的間歇性、波動(dòng)性、隨機(jī)性為風(fēng)電功率預(yù)測(cè)帶來(lái)了挑戰(zhàn)，致使其預(yù)測(cè)難度低于負(fù)荷預(yù)測(cè)。本文總結(jié)了風(fēng)電功率預(yù)測(cè)技術(shù)的分類、集群功率預(yù)測(cè)的整體框架、6個(gè)數(shù)學(xué)層次、預(yù)測(cè)偏差形成的緣由、改進(jìn)風(fēng)電功率預(yù)測(cè)精度的方式，對(duì)短期、超短期風(fēng)電功率預(yù)測(cè)、風(fēng)電集群功率預(yù)測(cè)的研究和工業(yè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)皆具有參考價(jià)值。
引文信息
彭小圣，熊磊，文勁宇，等.風(fēng)電集群短期及超短期功率預(yù)測(cè)精度改進(jìn)方式綜述[J].中國(guó)馬達(dá)工程學(xué)報(bào)，2016，36(23):6315-6326.
PENG,XIONGLei,WENJinyu,etal.AoftheStateoftheArtforShort-termandUltra-short-termWindPowerof[J].oftheCSEE,2016,36(23):6315-6326(in).
團(tuán)隊(duì)介紹
彭小圣（1983），男風(fēng)電功率預(yù)測(cè)方法，博士，IEEE會(huì)員，IET會(huì)員。2006.6和2009.3分別獲華東科技學(xué)院專科和碩士學(xué)位，2009.2-2012.2在美國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金（EPSRC）的捐助下在墨爾本卡內(nèi)多尼亞學(xué)院攻讀博士學(xué)位，2012.3-2013.8在EDF捐助下舉辦博士后研究，2013年9月到華北科技學(xué)院工作。研究方向：電力系統(tǒng)大數(shù)據(jù)理論與應(yīng)用；電力系統(tǒng)主設(shè)備檢測(cè)與確診；智能微網(wǎng)多尺度控制；基于大數(shù)據(jù)挖掘的新能源功率預(yù)測(cè)；電力設(shè)備局部放電測(cè)量與辨識(shí)；基于大數(shù)據(jù)深度學(xué)習(xí)的模式辨識(shí)與預(yù)測(cè)等。2009年以來(lái)主持和主研了德國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金（EPSRC）、英國(guó)能源公司（）、法國(guó)電力公司（EDF）、國(guó)家自然科學(xué)基金、湖北省自然科學(xué)基金、國(guó)網(wǎng)總部項(xiàng)目子課題、中國(guó)電力科學(xué)研究院、國(guó)網(wǎng)技術(shù)大學(xué)項(xiàng)目10余項(xiàng)。在IEEE、《中國(guó)馬達(dá)工程學(xué)報(bào)》等國(guó)外、國(guó)際一流刊物和大會(huì)上發(fā)表學(xué)術(shù)論文20余篇，皆被SCI/EI收錄。兼任IEEE、《中國(guó)馬達(dá)工程學(xué)報(bào)》、《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》、《電網(wǎng)技術(shù)》等國(guó)外、國(guó)際一流刊物審稿人。其1篇大數(shù)據(jù)論文，被評(píng)為2016年度《領(lǐng)跑者5000—中國(guó)精品科技刊物頂級(jí)學(xué)術(shù)論文》（F5000論文），同時(shí)被評(píng)為2016年度《中國(guó)馬達(dá)工程學(xué)報(bào)》和《電網(wǎng)技術(shù)》優(yōu)秀審稿專家。
熊磊，男，目前在華北科技學(xué)院電氣與電子工程大學(xué)攻讀碩士學(xué)位，從事電力系統(tǒng)新能源功率預(yù)測(cè)的研究工作。