研究背景
隨著我國新能源風力發(fā)電裝機容量逐漸擴大，功率預測的預測精準度對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行起到至關重要的作用，因而，國調(diào)對功率預測的精度也提出了更高要求。但是，在目前全球氣候變暖、極端天氣頻發(fā)的情況下，現(xiàn)階段功率預測普遍使用的普通數(shù)值天氣預報未能對極端天氣進行預測，造成了在極端天氣發(fā)生時預測精度較低，難以滿足電網(wǎng)要求。明年三月，國家能源局印發(fā)的《風電場借助率檢測統(tǒng)計管理辦法》對特殊緣由（包括極端天氣）受限電量也做出統(tǒng)計。如能針對極端天氣下的功率預測進行研究，除了有助于提高風電場功率預測精度，更才能對風電場借助率進行更好的統(tǒng)計與監(jiān)管，促使風電消納。
對于風電場，極端天氣風電功率預測方法，尤其是冰災，會導致風電場風機莖稈不同程度的覆冰，對風機的正常發(fā)電及運維都形成負面影響。從發(fā)電功率來說，較輕的覆冰會讓莖稈功率有一部份損失，而嚴重覆冰會造成機組停止運行，輸出功率為零；從運維來說，莖稈覆冰可對機組引起例如靜態(tài)與動態(tài)荷載不平衡、機組震動過分劇烈、葉片頻度發(fā)生變化、疲勞荷載降低、葉片撓度降低、人身安全隱患等害處。為此，無論是從預測角度還是運維角度，都有必要對風機莖稈覆冰做詳盡研究。
為保障莖稈覆冰狀態(tài)下的風電功率預測精度、并維護風電場正常性運維，國能日新技術研制人員已對風機莖稈覆冰的氣象原理、覆冰氣象條件預報、覆冰狀態(tài)預報、及覆冰條件下功率預測進行了多年持續(xù)性研究，現(xiàn)已取得階段性成果。
研究成果
一、風機覆冰原理
莖稈出現(xiàn)覆冰的條件為：環(huán)境濕度高于0攝氏度，莖稈表面高于-5攝氏度，空氣溫度在85%以上。在實際情況下，風機實際形成的覆冰情況也會因每臺風機的類型、所處地形、微氣候、風機莖稈材質(zhì)、防覆冰或除冰設計等要素而形成很大不同。因而，要保證覆冰預測確切率足夠高，功率預測算法可用，必須以實際數(shù)據(jù)為基準進行特定研究。
二、風機莖稈覆冰檢查
要對覆冰狀態(tài)下的風機進行發(fā)電功率預測，首先要對風機覆冰狀況進行近日預測和實時預報。這就須要提供每臺風機精細化的氣象預測數(shù)據(jù)，還須要采集風機的實時氣象、功率、狀態(tài)數(shù)據(jù)，并對風機進行必要的整修，如降低對覆冰氣象參數(shù)測量，以及對莖稈覆冰狀態(tài)、覆冰長度的測量設備。這樣除了可以研究風機覆冰條件積累更多數(shù)據(jù)，也是對單風機覆冰預測結果確切性的驗證。
對于覆冰檢查，國能日新建議機組降低莖稈震動檢查及莖稈覆冰傳感。此設備采用直接檢測法，依照結冰量降低造成的固體重量降低會導致莖稈自然震動頻度增加的原理，通過高靈敏度傳感系統(tǒng)采集莖稈覆冰數(shù)據(jù)風電功率預測方法，經(jīng)過特殊算法，可實現(xiàn)冰蓋長度毫米范圍內(nèi)的檢測幀率，在風機運行或待機情況下都能執(zhí)行檢測。
三、葉片覆冰狀態(tài)下的功率預測
覆冰狀態(tài)下的風機組對于功率預測結果的幀率須要更精細，通常為15min頻度，才才能更確切地預測出電廠發(fā)電能力。而在預測算法設計上，可采用近日預測和實時預報相結合的模式。近日預報算法，按照已評估的覆冰預測機率，整體調(diào)整預測功率的比列；而實時預測，則結合風機實測數(shù)據(jù)，對臨近的覆冰狀態(tài)和單風機運行狀態(tài)作出評估，愈發(fā)精準地預測每臺風機未來出力狀態(tài)，因而實時調(diào)整未來預測功率。
國能日新風機莖稈覆冰預報解決方案
基于在數(shù)值氣象預報和功率預測算法技術研究及實踐應用領域的豐富經(jīng)驗，國能日新在以上專項研究的基礎之上，持續(xù)完成重點技術攻關，目前已才能自主完成整場、以及單風機莖稈覆冰的預報，達到對每臺風機的風速、風向、溫度、濕度以及覆冰嚴重程度均可預測，并設計異常氣象預報預警平臺，可發(fā)布覆冰預報預警，同時將覆冰預報結果劃歸電廠功率預測算法平臺，經(jīng)過升級的預測算法，可將覆冰預報數(shù)據(jù)與標準數(shù)值氣象預報數(shù)據(jù)結合，綜合給出最優(yōu)功率預測結果。
值得注意的是，因為風機莖稈覆冰預報是基于單風機微地形、微氣象的預報研究，該系統(tǒng)的應用首先須要風電場提供確切的風機信息，包括風機名稱編號、單風機經(jīng)經(jīng)度座標、歷史覆冰數(shù)據(jù)，便于覆冰預報系統(tǒng)才能精確匹配每臺風機的預報結果。另外，如能通過風機整修，降低風機端氣溫、濕度檢測及風機莖稈覆冰狀態(tài)、覆冰長度檢測設備，這種檢測數(shù)據(jù)將有效提高場站后續(xù)覆冰預報精度。為此，為保證覆冰預測的確切性，國能日新建議風電場對相應設備進行整修升級。
國能日新風機莖稈覆冰預報解決方案如下：
01搜集風電場基礎信息、歷史氣象、風機運行數(shù)據(jù)、覆冰記錄等；
02按照搜集的數(shù)據(jù)構建覆冰預報模型，可支持單機覆冰、整場覆冰預報，預報覆冰嚴重程度、覆冰長度；
03建設預警信息發(fā)布平臺，為電廠提供覆冰預報結果發(fā)布帳號，并同步至站端功率預測系統(tǒng)；
04升級預測算法，依照預警信息優(yōu)化現(xiàn)有短期、超短期算法模型，提高功率預測精度；
05在完成覆冰預報和系統(tǒng)及算法升級后可步入優(yōu)化運維階段。
作為預測系統(tǒng)的補充功能，后續(xù)系統(tǒng)運行以及數(shù)據(jù)和模型優(yōu)化運維將手動列入國能日新標準化運維體系，持續(xù)為顧客提供智能運維服務。
總結
在“新技改”、“新國標”背景下，國家對新能源場站提出更高要求。國能日新風機莖稈覆冰預報解決方案，按照每臺風機的類型、微地形、微氣候，結合風機覆冰狀況檢測數(shù)據(jù)，構建多樣化算法模型，除了可對極端天氣進行預警，更可結合國能日新功率預測系統(tǒng)輸出碼率為15min頻度的近日和實時預測數(shù)據(jù)，在保證預測數(shù)據(jù)有效性與預測精度的同時，為風電場提供安全、高效、穩(wěn)定運行的保障。
在技術創(chuàng)新的公路上，國能日新未曾止步——研究風機莖稈覆冰狀態(tài)下的功率預測提高技術，可有效提高風電場功率預測精度，降低損失；保障每一個風機才能安全、高效運行；讓每一個顧客還能安心、放心、省心。