研究背景
隨著我國新能源風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量逐漸擴(kuò)大，功率預(yù)測的預(yù)測精準(zhǔn)度對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行起到至關(guān)重要的作用，因而，國調(diào)對功率預(yù)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(yù)測普遍使用的普通數(shù)值天氣預(yù)報(bào)未能對極端天氣進(jìn)行預(yù)測，造成了在極端天氣發(fā)生時(shí)預(yù)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(fēng)電場借助率檢測統(tǒng)計(jì)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(jì)。如能針對極端天氣下的功率預(yù)測進(jìn)行研究，除了有助于提高風(fēng)電場功率預(yù)測精度，更才能對風(fēng)電場借助率進(jìn)行更好的統(tǒng)計(jì)與監(jiān)管，促使風(fēng)電消納。
對于風(fēng)電場，極端天氣風(fēng)電功率預(yù)測方法，尤其是冰災(zāi)，會導(dǎo)致風(fēng)電場風(fēng)機(jī)莖稈不同程度的覆冰，對風(fēng)機(jī)的正常發(fā)電及運(yùn)維都形成負(fù)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(yán)重覆冰會造成機(jī)組停止運(yùn)行，輸出功率為零；從運(yùn)維來說，莖稈覆冰可對機(jī)組引起例如靜態(tài)與動態(tài)荷載不平衡、機(jī)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(yù)測角度還是運(yùn)維角度，都有必要對風(fēng)機(jī)莖稈覆冰做詳盡研究。
為保障莖稈覆冰狀態(tài)下的風(fēng)電功率預(yù)測精度、并維護(hù)風(fēng)電場正常性運(yùn)維，國能日新技術(shù)研制人員已對風(fēng)機(jī)莖稈覆冰的氣象原理、覆冰氣象條件預(yù)報(bào)、覆冰狀態(tài)預(yù)報(bào)、及覆冰條件下功率預(yù)測進(jìn)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(fēng)機(jī)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(shí)際情況下，風(fēng)機(jī)實(shí)際形成的覆冰情況也會因每臺風(fēng)機(jī)的類型、所處地形、微氣候、風(fēng)機(jī)莖稈材質(zhì)、防覆冰或除冰設(shè)計(jì)等要素而形成很大不同。因而，要保證覆冰預(yù)測確切率足夠高，功率預(yù)測算法可用，必須以實(shí)際數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)進(jìn)行特定研究。
二、風(fēng)機(jī)莖稈覆冰檢查
要對覆冰狀態(tài)下的風(fēng)機(jī)進(jìn)行發(fā)電功率預(yù)測，首先要對風(fēng)機(jī)覆冰狀況進(jìn)行近日預(yù)測和實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)。這就須要提供每臺風(fēng)機(jī)精細(xì)化的氣象預(yù)測數(shù)據(jù)，還須要采集風(fēng)機(jī)的實(shí)時(shí)氣象、功率、狀態(tài)數(shù)據(jù)，并對風(fēng)機(jī)進(jìn)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(shè)備。這樣除了可以研究風(fēng)機(jī)覆冰條件積累更多數(shù)據(jù)，也是對單風(fēng)機(jī)覆冰預(yù)測結(jié)果確切性的驗(yàn)證。
對于覆冰檢查，國能日新建議機(jī)組降低莖稈震動檢查及莖稈覆冰傳感。此設(shè)備采用直接檢測法，依照結(jié)冰量降低造成的固體重量降低會導(dǎo)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(fēng)電功率預(yù)測方法，經(jīng)過特殊算法，可實(shí)現(xiàn)冰蓋長度毫米范圍內(nèi)的檢測幀率，在風(fēng)機(jī)運(yùn)行或待機(jī)情況下都能執(zhí)行檢測。
三、葉片覆冰狀態(tài)下的功率預(yù)測
覆冰狀態(tài)下的風(fēng)機(jī)組對于功率預(yù)測結(jié)果的幀率須要更精細(xì)，通常為15min頻度，才才能更確切地預(yù)測出電廠發(fā)電能力。而在預(yù)測算法設(shè)計(jì)上，可采用近日預(yù)測和實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)相結(jié)合的模式。近日預(yù)報(bào)算法，按照已評估的覆冰預(yù)測機(jī)率，整體調(diào)整預(yù)測功率的比列；而實(shí)時(shí)預(yù)測，則結(jié)合風(fēng)機(jī)實(shí)測數(shù)據(jù)，對臨近的覆冰狀態(tài)和單風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)作出評估，愈發(fā)精準(zhǔn)地預(yù)測每臺風(fēng)機(jī)未來出力狀態(tài)，因而實(shí)時(shí)調(diào)整未來預(yù)測功率。
國能日新風(fēng)機(jī)莖稈覆冰預(yù)報(bào)解決方案
基于在數(shù)值氣象預(yù)報(bào)和功率預(yù)測算法技術(shù)研究及實(shí)踐應(yīng)用領(lǐng)域的豐富經(jīng)驗(yàn)，國能日新在以上專項(xiàng)研究的基礎(chǔ)之上，持續(xù)完成重點(diǎn)技術(shù)攻關(guān)，目前已才能自主完成整場、以及單風(fēng)機(jī)莖稈覆冰的預(yù)報(bào)，達(dá)到對每臺風(fēng)機(jī)的風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、濕度以及覆冰嚴(yán)重程度均可預(yù)測，并設(shè)計(jì)異常氣象預(yù)報(bào)預(yù)警平臺，可發(fā)布覆冰預(yù)報(bào)預(yù)警，同時(shí)將覆冰預(yù)報(bào)結(jié)果劃歸電廠功率預(yù)測算法平臺，經(jīng)過升級的預(yù)測算法，可將覆冰預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值氣象預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)結(jié)合，綜合給出最優(yōu)功率預(yù)測結(jié)果。
值得注意的是，因?yàn)轱L(fēng)機(jī)莖稈覆冰預(yù)報(bào)是基于單風(fēng)機(jī)微地形、微氣象的預(yù)報(bào)研究，該系統(tǒng)的應(yīng)用首先須要風(fēng)電場提供確切的風(fēng)機(jī)信息，包括風(fēng)機(jī)名稱編號、單風(fēng)機(jī)經(jīng)經(jīng)度座標(biāo)、歷史覆冰數(shù)據(jù)，便于覆冰預(yù)報(bào)系統(tǒng)才能精確匹配每臺風(fēng)機(jī)的預(yù)報(bào)結(jié)果。另外，如能通過風(fēng)機(jī)整修，降低風(fēng)機(jī)端氣溫、濕度檢測及風(fēng)機(jī)莖稈覆冰狀態(tài)、覆冰長度檢測設(shè)備，這種檢測數(shù)據(jù)將有效提高場站后續(xù)覆冰預(yù)報(bào)精度。為此，為保證覆冰預(yù)測的確切性，國能日新建議風(fēng)電場對相應(yīng)設(shè)備進(jìn)行整修升級。
國能日新風(fēng)機(jī)莖稈覆冰預(yù)報(bào)解決方案如下：
01搜集風(fēng)電場基礎(chǔ)信息、歷史氣象、風(fēng)機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)、覆冰記錄等；
02按照搜集的數(shù)據(jù)構(gòu)建覆冰預(yù)報(bào)模型，可支持單機(jī)覆冰、整場覆冰預(yù)報(bào)，預(yù)報(bào)覆冰嚴(yán)重程度、覆冰長度；
03建設(shè)預(yù)警信息發(fā)布平臺，為電廠提供覆冰預(yù)報(bào)結(jié)果發(fā)布帳號，并同步至站端功率預(yù)測系統(tǒng)；
04升級預(yù)測算法，依照預(yù)警信息優(yōu)化現(xiàn)有短期、超短期算法模型，提高功率預(yù)測精度；
05在完成覆冰預(yù)報(bào)和系統(tǒng)及算法升級后可步入優(yōu)化運(yùn)維階段。
作為預(yù)測系統(tǒng)的補(bǔ)充功能，后續(xù)系統(tǒng)運(yùn)行以及數(shù)據(jù)和模型優(yōu)化運(yùn)維將手動列入國能日新標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)維體系，持續(xù)為顧客提供智能運(yùn)維服務(wù)。
總結(jié)
在“新技改”、“新國標(biāo)”背景下，國家對新能源場站提出更高要求。國能日新風(fēng)機(jī)莖稈覆冰預(yù)報(bào)解決方案，按照每臺風(fēng)機(jī)的類型、微地形、微氣候，結(jié)合風(fēng)機(jī)覆冰狀況檢測數(shù)據(jù)，構(gòu)建多樣化算法模型，除了可對極端天氣進(jìn)行預(yù)警，更可結(jié)合國能日新功率預(yù)測系統(tǒng)輸出碼率為15min頻度的近日和實(shí)時(shí)預(yù)測數(shù)據(jù)，在保證預(yù)測數(shù)據(jù)有效性與預(yù)測精度的同時(shí)，為風(fēng)電場提供安全、高效、穩(wěn)定運(yùn)行的保障。
在技術(shù)創(chuàng)新的公路上，國能日新未曾止步——研究風(fēng)機(jī)莖稈覆冰狀態(tài)下的功率預(yù)測提高技術(shù)，可有效提高風(fēng)電場功率預(yù)測精度，降低損失；保障每一個(gè)風(fēng)機(jī)才能安全、高效運(yùn)行；讓每一個(gè)顧客還能安心、放心、省心。