风电功率预测功能标准规范及编制说明修改.doc

ICS 29.240 29.240 P 29.240Q/GDW备案号：CEC 400国家电网公司公司原则Q / GDW588 风电功率预测功能规范Function specification of wind power forecasting-03-03发布-03-03实行国家电网公司发布目次 前言II1 范畴12 规范性引用文献13 术语和定义14 预测建模数据准备25 数据采集与解决26 预测功能规定37 记录分析48 界面规定49 安全防护规定510 数据输出511 性能规定5附录A6附录B7编制阐明9前言依照关于下达国家电网公司技术原则编制（修）订筹划告知（国家电网科320号）规定，中华人民共和国电力科学研究院和吉林省电力有限公司开展了风电功率预测功能规范编制工作。为进一步提高风电调度运营管理水平，规范电网调度机构和风电场风电功率预测系统建设，并指引系统研发、验收和使用，特制定本功能规范。本原则由国家电力调度通信中心提出并解释；本原则由国家电网公司科技部归口；本原则重要起草单位：中华人民共和国电力科学研究院、吉林省电力有限公司；本原则重要起草人：刘纯、裴哲义、王勃、董存、冯双磊、范高锋、范国英、郭雷。风电功率预测功能规范1范畴本原则规定了风电功率预测系统功能，重要涉及术语和定义、预测建模数据准备、数据采集与解决、预测功能规定、记录分析、界面规定、安全防护规定、数据输出及性能规定等。本原则合用于电网调度机构和风电场风电功率预测系统建设，系统研发、验收和运营可参照使用。2规范性引用文献下列文献对于本原则应用是必不可少。凡是注日期引用文献，仅注日期版本合用于本原则。凡是不注日期引用文献，其最新版本（涉及所有修改单）合用于本原则。Q/GDW 392 风电场接入电网技术规定Q/GDW 432 风电调度运营管理规范3术语和定义下列术语和定义合用于本文献。3.1风电场wind farm 由一批风电机组或风电机组群（涉及机组单元变压器）、汇集线路、主升压变压器及其她设备构成发电站。3.2数值天气预报numerical weather prediction依照大气实际状况，在一定初值和边值条件下，通过大型计算机作数值计算，求解描写天气演变过程流体力学和热力学方程组，预测将来一定期段大气运动状态和天气现象办法。3.3风电功率预测wind power forecasting以风电场历史功率、历史风速、地形地貌、数值天气预报、风电机组运营状态等数据建立风电场输出功率预测模型，以风速、功率或数值天气预报数据作为模型输入，结合风电场机组设备状态及运营工况，预测风电场将来有功功率。3.4短期风电功率预测short-term wind power forecasting预测风电场次日零时起3天有功功率，时间辨别率为15min。3.5超短期风电功率预测ultra-short-term wind power forecasting预测风电场将来0-4h有功功率，时间辨别率不不大于15min。3.6置信度confidence degree总体参数值落在样本记录值某一区内概率。3.7风电有效发电时间effective wind power generation time单个或各种风电场有功功率不不大于零时间，单位为小时。3.8风电同步率wind power simultaneity factor单个或各种风电场有功功率与额定容量比率。4预测建模数据准备4.1风电场历史功率数据a）投运时间局限性1年风电场应涉及投运后所有历史功率数据，时间辨别率不不大于5min；b）投运时间超过1年风电场历史功率数据应不少于1年，时间辨别率应不不大于5min。4.2历史测风塔数据a）测风塔位置宜在风电场5km范畴内；b）应至少涉及10m、70m及以上高程风速和风向以及气温、气压等信息；c）应为近来两年内数据，有效时长应不少于1年； d）数据时间辨别率应不不大于10min。4.3风电机组信息风电机组信息应涉及机组类型，每类风机单机容量、轮毂高度、叶轮直径、功率曲线、推力系数曲线，每台风机初次并网时间、风机位置（经、纬度）、海拔高度等。4.4风电机组/风电场运营状态记录风电机组状态数据应涉及风电机组故障和人为停机记录，风电场运营状态应涉及风电场开机容量和限电记录。4.5地形和粗糙度数据4.5.1地形数据应涉及对风电场区域内10km范畴内地势变化描述，格式宜为CAD文献，比例尺宜不不大于1:5000。4.5.2粗糙度数据应通过实地勘测或卫星地图获取，涉及对风电场合处区域20km范畴内粗糙度描述。5数据采集与解决5.1数据采集范畴数据采集至少应涉及测风塔实时测风数据、风电场实时功率数据和机组状态数据。5.2数据采集规定5.2.1所有数据采集应能自动完毕，并支持通过手动方式补充录入。5.2.2测风塔实时测风数据时间延迟应不大于5min，别的实时数据时间延迟应不大于1min。5.2.3风电功率预测系统所用测风塔实时测风数据应满足如下规定：a）测风塔至风电功率预测系统实时测风数据传送时间间隔应不不不大于5min；b）测风塔宜在风电场外15km范畴内且不受风电场尾流效应影响，宜在风电场主导风向上风向，位置应具备代表性； c）采集量应至少涉及10m、70m及轮毂高度风速和风向以及气温、气压等信息，宜涉及瞬时值和5min平均值；d）电网调度机构风电功率预测系统所用测风数据应通过电力调度数据网由风电场上传；e）风电场测风塔至风电功率预测系统数据传播应采用可靠无线传播或光纤传播等方式；f）测风塔数据可用率应不不大于99。5.2.4风电场实时功率数据采集周期应不不不大于1min，其中：a）电网调度机构风电功率预测系统数据应取自所在安全区基本数据平台；b）风电场风电功率预测系统数据应取自风电场计算机监控系统。5.2.5风电机组状态数据采集周期应不不不大于15min，应通过电力调度数据网由风电场计算机监控系统上传。5.3数据解决5.3.1所有数据存入数据库前应进行完整性及合理性检查，并对缺测和异常数据进行补充和修正。5.3.2数据完整性检查应满足：a）数据数量应等于预期记录数据数量；b）数据时间顺序应符合预期开始、结束时间，中间应持续。5.3.3数据合理性检查应满足：a）对功率、数值天气预报、测风塔等数据进行越限检查，可手动设立限值范畴；b）对功率变化率进行检查，可手动设立变化率限值；c）对功率均值及原则差进行检查；d）对测风塔不同层高数据进行有关性检查；e）依照测风数据与功率数据关系对数据进行有关性检查。5.3.4缺测和异常数据应按下列规定解决：a）此前一时刻功率数据补全缺测功率数据；b）以装机容量代替不不大于装机容量功率数据；c）以零代替不大于零功率数据；d）此前一时刻功率代替异常功率数据；e）测风塔缺测及不合理数据以别的层高数据依照有关性原理进行修正；不具备修正条件此前一时刻数据代替；f）数值天气预报缺测及不合理数据此前一时刻数据代替；g）所有通过修正数据以特殊标示记录；h）所有缺测和异常数据均可由人工补录或修正。5.4数据存储数据存储应符合下列规定：a）存储系统运营期间所有时刻数值天气预报数据；b）存储系统运营期间所有时刻功率数据、测风塔数据，并将其转化为15min平均数据；c）存储每次执行短期风电功率预测所有预测成果；d）存储每15min滚动执行超短期风电功率预测所有预测成果；e）预测曲线通过人工修正后存储修正先后所有预测成果；f）所有数据至少保存。6预测功能规定6.1总体规定应依照风电场合处地理位置气候特性和风电场历史数据状况，采用恰当预测办法构建特定预测模型进行风电场功率预测。依照预测时间尺度不同和实际应用品体需求，宜采用各种办法及模型，形成最优预测方略。6.2预测空间规定6.2.1预测基本单位为单个风电场。6.2.2风电场风电功率预测系统应能预测本风电场输出功率。6.2.3电网调度机构风电功率预测系统应能预测单个风电场至整个调度管辖区域风电输出功率。6.3预测时间规定6.3.1短期风电功率预测应能预测次日零时起3天风电输出功率，时间辨别率为15min。6.3.2超短期风电功率预测应能预测将来0-4h风电输出功率，时间辨别率不不大于15min。6.4预测执行方式6.4.1短期风电功率预测应可以设立每日预测启动时间及次数。6.4.2短期风电功率预测应支持自动启动预测和手动启动预测。6.4.3超短期风电功率预测应每15min自动执行一次。6.5其她规定6.5.1应支持设备故障、检修等出力受限状况下功率预测。6.5.2应支持风电场扩建状况下功率预测。6.5.3应支持多源数值天气预报数据集合预报。6.5.4 应能对风电功率预测曲线进行修正。6.5.5应能对预测曲线进行误差预计，预测给定置信度误差范畴。7记录分析7.1数据记录数据记录应符合如下规定：a）参加记录数据时间范畴应能任意选定；b）历史功率数据记录应涉及数据完整性记录、分布特性记录、变化率记录等；c）历史测风数据、数值天气预报数据记录应涉及完整性记录、风速分布记录、风向分布记录等；d）风电场运营参数记录应涉及发电量、有效发电时间、最大出力及其发生时间、同步率、运用小时数及平均负荷率等参数记录，并支持自动生成指定格式报表，各参数计算办法参见附录A。7.2有关性分析应能对历史功率数据、测风数据和数值天气预报数据进行有关性记录，分析数据不拟定性也许引入误差。7.3误差记录误差记录应符合如下规定：a）应能对任意时间区间预测成果进行误差记录；b）应能对各种预测成果分别进行误差记录；c）误差记录指标至少应涉及均方根误差、平均绝对误差、有关性系数、最大预测误差等，各指标计算办法参见附录B。8界面规定8.1展示界面8.1.1应支持单个和各种风电场实时出力监视，以地图形式显示，涉及风电场分布、风电场实时功率及预测功率。8.1.2应支持各种风电场出力同步监视，宜同步显示系统预测曲线、实际功率曲线及预测误差带；电网调度机构风电功率预测系统还应可以同步显示风电场上报预测曲线。实际功率曲线应实时更新。8.1.3支持不同预测成果同步显示。8.1.4应支持数值天气预报数据、测风塔数据、实际功率、预测功率对比，提供图形、表格等各种可视化手段。8.1.5应支持时间序列图、风向玫瑰图、风廓线以及气温、气压、湿度变化曲线等气象图表展示。8.1.6应支持记录分析数据展示。8.1.7监视数据更新周期应不不不大于5min。8.2操作界面8.2.1应具备开机容量设立、调度控制设立及查询页面。8.2.2应支持异常数据定义设立，支持异常数据以特殊标记显示。8.2.3应支持预测曲线人工修改。8.2.4应具备系统顾客管理功能，支持顾客级别和权限设立，至少应涉及系统管理员、运营操作人员、浏览顾客等不同级别顾客权限。8.2.5应支持风电场基本信息查询。8.3其她规定8.3.1应具备功率预测系统运营状态监视页面，实时显示系统运营状态。8.3.2所有表格、曲线应同步支持打印输出和电子表格输出。9安全防护规定9.1电网调度机构和风电场风电功率预测系统均应运营于电力二次系统安全区。9.2风电功率预测系统应满足电力二次系统安全防护规定规定。10数据输出10.1电网调度机构风电功率预测系统至少应提供次日96点单个风电场和区域风电功率预测数据；每15min提供一次将来4h单个风电场风电功率预测数据，预测值时间辨别率为15min。10.2风电场风电功率预测系统应依照调度部门规定向调度机构风电功率预测系统至少上报次日96点风电功率预测曲线；每15min上报一次将来4h超短期预测曲线，预测值时间辨别率不不大于15min。10.3风电场风电功率预测系统向调度机构上报风电功率预测曲线同步，应上报与预测曲线相似时段风电场预测开机容量。10.4风电场风电功率预测系统应可以向调度机构风电功率预测系统实时上传风电场测风塔测风数据，时间辨别率不不大于5min。11性能规定11.1电网调度机构风电功率预测系统应至少可扩容至200个风电场。11.2风电功率预测单次计算时间应不大于5min。11.3单个风电场短期预测月均方根误差应不大于20，超短期预测第4h预测值月均方根误差应不大于15，限电时段不参加记录。11.4系统硬件平均无端障时间（MTBF）应不不大于100000h。11.5系统月可用率应不不大于99。附录A（资料性附录）风电场运营参数记录办法A.1风电同步率（Fsf）（A.1）A.2平均负荷率（Flf）（A.2）i时刻实际功率；Cap风电场开机总容量；所有样本个数。附录B（资料性附录）误差计算办法B.1均方根误差（Erms）（B.1）B.2平均绝对误差（Eav）（B.2）B.3有关性系数（r）（B.3）B.4最大预测误差（dmax）（B.4）式中：i时刻实际功率；i时刻预测功率；所有样本实际功率平均值；所有预测功率样本平均值；Cap风电场开机总容量；所有样本个数。风电功率预测功能规范编制说明目 次一、编制背景11二、编制重要原则11三、与其他原则文献关系12四、重要工作过程12五、原则构造和内容12六、条文阐明12一、编制背景大力发展风电等先进能源技术在改进能源构造、减少温室气体排放等方面具备非常积极作用，然而，与常规电源相比，风电场输出功率受人为因素干预较小，几乎完全由自然条件决定。随机变化风速、风向导致风电场输出功率具备波动性、间歇性、随机性特点，大量风电场集中并网会对电网安全、稳定、经济运营带来影响，并成为了限制电网接纳风电重要障碍之一。对风电场输出功率进行预测被以为是提高电网调峰能力、增强电网接纳风电发电能力、改进电力系统运营安全性与经济性最有效、最经济手段之一。通过预测，风电将从未知变为基本已知，调度运营人员可依照预测波动状况，合理安排应对办法，提高电网安全性和可靠性；而将功率预测与负荷预测相结合，尚有助于调度运营人员调节和优化常规电源发电筹划，改进电网调峰能力，增长风电并网容量；依照风电功率预测成果，只需增长相应预测误差旋转备用容量，可以明显减少额外增长旋转备用容量，对改进电力系统运营经济性，减少温室气体排放具备非常重要意义，风电功率预测还可以增强风电在电力市场中竞争力，提高上网电价。对发电公司来说，风电功率预测有助于发电公司合理安排检修筹划、减少弃风，提高公司赚钱能力。本原则根据关于下达国家电网公司技术原则编制（修）订筹划告知（国家电网科320号）规定编写。二、编制重要原则功能规范编制原则是遵守既有有关法律、条例、原则和导则等，兼顾电网运营和风电发展规定。下面列出和本原则有关重要国家法律和条例某些条款。（1）中华人民共和国可再生能源法修正案（修正案）第十四条国家实行可再生能源发电全额保障性收购制度。国务院能源主管部门会同国家电力监管机构和国务院财政部门，按照全国可再生能源开发运用规划，拟定在规划期内应当达到可再生能源发电量占所有发电量比重，制定电网公司优先调度和全额收购可再生能源发电详细办法，并由国务院能源主管部门会同国家电力监管机构在年度中督促贯彻。电网公司应当与按照可再生能源开发运用规划建设，依法获得行政允许或者报送备案可再生能源发电公司订立并网合同，全额收购其电网覆盖范畴内符合并网技术原则可再生能源并网发电项目上网电量。发电公司有义务配合电网公司保障电网安全。电网公司应当加强电网建设，扩大可再生能源电力配备范畴，发展和应用智能电网、储能等技术，完善电网运营管理，提高吸纳可再生能源电力能力，为可再生能源发电提供上网服务。第二十九条违背本法第十四条规定，电网公司未完毕收购可再生能源电量最低限额指标，由国家电力监管机构责令限期改正；导致可再生能源发电公司经济损失，应当承担补偿责任；拒不改正，处以可再生能源发电公司经济损失额一倍如下罚款。（2）国家电网公司公司原则风电场接入电网技术规定（Q/GDW 392-）5风电场功率预测风电场应配备风电功率预测系统，系统具备048h短期风电功率预测以及15min4h超短期风电功率预测功能。风电场每15min自动向电网调度部门滚动上报将来15min4h风电场发电功率预测曲线，预测值时间辨别率为15min。风电场每天按照电网调度部门规定期间上报次日024时风电场发电功率预测曲线，预测值时间辨别率为15min。（3）国家电网公司公司原则风电调度运营管理规范（Q/GDW 432 ）4.4 风电场应配备风电功率预测系统，可向调度机构提交日前和超短期（将来15min4h）预测成果。6.6 风电场应依照超短期风电功率预测成果，通过风电场集中监控系统，每15min自动向调度机构滚动申报将来15min至4h风电功率预测曲线。7.1 风电场应依照风电功率预测系统日前测成果进行上网电力预测与申报工作，每日在规定申报时间前向电网调度机构提交次日风电功率申报曲线。7.5 电网调度机构对风电场上报预测曲线按日考核并发布，对风电场功率进行限制时段不参加考核。功能规范编制原则是遵守既有有关法律、条例、原则和导则等，兼顾电网运营和风电发展规定，同步尽量使条文具备可操作性，从而指引电网调度机构和风电场风电功率预测系统建设，并为系统研发、验收和使用提供参照。由于国内外尚无同类原则可供参照，同步国内风电发展迅速，因而本规范在对有关条款描述中有所保存。三、与其他原则文献关系本功能规范制定时参照了调度自动化系统有关国标、行业原则和公司原则，涉及可再生能源法、风电场接入电网技术规定、风电调度运营管理规范。其中可再生能源法从法律层面拟定了国家对于风电开发运用支持，同步指出发电公司有义务配合电网公司保障电网安全；风电场接入电网技术规定和风电调度运营管理规范规定风电场必要配备风电功率预测系统，并向调度机构上报短期和超短期预测功率，风电调度运营管理规范同步还提出电网调度机构应对风电场上报预测期限进行考核。以上一系列法规、原则出台和执行，有效地规范了电网运营和风电开发运用，但是当前国内外尚无相应文献对风电功率预测系统建设进行规范，因而本功能规范是上述原则重要补充。四、重要工作过程本项目执行期为1月至12月，项目实际启动时间为7月。制定过程中结合实际调研数据，多次广泛征求意见，于8月形成风电功率预测功能规范送审稿，并于12月顺利通过送审稿专家评审会。（1）7月，确立工作总体目的，拟定参编单位及人员，开展课题前期研究工作。（2）8月至9月，广泛调研各网省公司及风电场详细应用需求，并详细查阅国内外在该领域研究水平，确立了本功能规范初步框架和内容。（3）10月至12月，依照调研成果，结合国内其她有关原则中规定，编写本功能规范草稿。（4）1月，在国网公司范畴内广泛征求有关专家意见并进行修改。（5）2月，作为技术文献下发各网省公司（国家电网调201号），并收集意见。（6）3至4月，依照讨论意见对功能规范草稿进行修订，形成征求意见稿。（7）4月至6月，征求意见稿在网上进行公示，接受社会范畴监督。（8）7月，依照反馈意见对征求意见稿进行修改。（9）8月，通过原则形式审查，形成送审稿。（10）12月，组织专家对送审稿进行评审，按照修改意见修改后形成报批稿。五、原则构造和内容本原则根据GB/T 1.1原则化工作导则第1某些：原则构造和编写规则和DL/T 600电力行业原则编写基本规定编写规定进行原则编制。原则重要构造和内容如下：1. 目次；2. 前言；3. 功能规范正文，共设11章：范畴、规范性引用文献、术语和定义、预测建模数据准备、数据采集与解决、预测功能规定、记录分析、界面规定、安全防护规定、数据输出、性能规定；此外涉及2个附录，分别列出了风电场运营参数及误差计算办法。六、条文阐明本功能规范制定期重要考虑如下几方面：预测建模数据规定、数据采集与解决、预测功能规定、安全防护规定、性能指标等。（1）预测建模数据规定基本资料质量直接影响预测效果，本某些对风电场预测模型构建所需基本资料进行明确界定。风电场历史功率数据是建立记录模型基本，普通来说，为了保证模型泛化能力，至少需要一年历史数据作为支撑；对于新建风电场，实际运营功率数据可对通过其她办法构建模型进行修正。测风塔数据对于预测精度提高非常重要，可依照测风塔数据对历史功率进行甄别筛选，剔除错误功率数据，同步可对数值天气预报数据进行修正。测风塔数据应可以反映风电场合处区域风况，因而规定测风塔在风电场5km范畴内，且时间区间尽量与历史功率数据同步；由于历史测风塔数据存储周期普通为10min，因而对数据时间辨别率并未提出更高规定。在风电场历史功率不具备状况下，可依照风电机组信息、地形和粗糙度数据建立风电功率预测物理模型，以保证功率预测系统随风电场同步投运。（2）数据采集与解决风电功率预测系统实时运营需要大量数据作支撑，涉及测风塔实时测风数据、风电场实时功率数据和机组运营状态数据，本节对系统运营所需数据及解决方式提出了明确规定。预测系统需实时运营，因而所有数据采集应可自动完毕，在浮现网络故障时，数据应可以进行手动补录。考虑到系统运营实时性，因而对数据时效性提出了明确规定，即：测风塔数据时间延迟不大于5min，别的实时数据时间延迟不大于1min。实时测风塔数据对于超短期功率预测和短期预测成果修正非常重要，数据应不受风电场尾流效应影响，且能真实反映风电场合处区域风况，因而风机机头处测风设备是不满足应用规定。依照理论计算，风电场外1-5km范畴内地区受尾流效应影响较小，因而建议实时测风塔安装在风电场外1-5km范畴内，且位置应具备代表性。风电场功率预测系统和调度机构风电功率预测系统是同步运营，因而风电场功率预测系统所需数据应同步上传至调度机构风电功率预测系统。国内风电功率预测系统研究工作正在起步中，基本数据积累严重局限性，且数据存储很不规范，为了便于模型再训练及后续工作开展，本节对数据解决及存储方式也提出了明确规定，为后续工作开展打下一定数据基本。（3）预测功能规定对调度部门而言，调度最小单位为单个风电场，同步区域风电总预测成果对调度部门更故意义，因而本节对预测空间规定做出明确规定，即预测最小单元为单个风电场，电网调度机构风电功率预测系统能预测单个风电场和整个调度管辖区风电输出功率。在时间方面，短期预测重要用于发电筹划制定，应与发电筹划时间规定一致，因而需提供96点预测曲线，即时间辨别率为15分钟，重要解决电网调峰问题；各网省公司调度部门普通在周五制定将来3天发电筹划，因而需提供次日零时起3天风电输出功率。超短期预测每15分钟执行一次，需自动滚动执行，重要用于解决电网调频问题。在设备故障、机组检修、风电场扩容等由于外部因素导致风机运营容量变化时，系统需依照当时运营容量对预测成果进行修正，系统必要具备对特殊状况下风电场输出功率进行预测能力。集合预报可提高预测精度，系统需具备使用多源数值天气预报进行集合预报能力。风电功率预测难度较大，相对负荷预测来说其误差偏大，为了更好地使用风电功率预测系统，必要对预测成果进行评估，预计特定置信度误差范畴，以提高系统使用效果。（4）安全防护规定风电功率预测系统作为调度技术支持系统之一，必要完全满足电力二次系统安全防护规定规定。从功能上来说，风电功率预测重要用于发电筹划制定，属调度筹划类应用，因而应布置于安全区。（5）性能指标风电功率预测系统正逐渐成为各风电大省不可或缺调度技术支持系统之一，因而对系统稳定性、可靠性和精确性都提出了更高规定。中华人民共和国风电发展迅速，依照中华人民共和国可再生能源工业协会预测，到，全国风电总装机将超过50GW，电网调度机构风电功率预测系统必要将调度管辖区内所有已建风电场合有纳入预测系统，以保证系统应用效果，因而系统应可扩容至200个风电场。系统预测精度直接影响使用效果，对于误差不不大于20点基本不可用，因而本规范提出了短期预测月均方根误差应不大于20，超短期预测月均方根误差不大于15误差评估指标。限电对风电场实际功率影响较大，若限电时段参加误差记录将带来很大不拟定性，因而规定限电时段将不参加误差记录。