[发明专利]一种通用的用于风电功率预测的数据预处理装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于风电场功率预测领域，涉及一种风电功率短期预测装置和方法，尤其是一种通用的用于风电功率预测的数据预处理装置及方法。

背景技术

由于化石燃料的日益枯竭，风能作为一种清洁、无污染的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。但由于风能的间歇性、波动性，风电大规模接入将对电网产生巨大影响，并使电力系统的实时运行调度和潮流控制难度增加。因此对风电场发电功率进行预测具有重要意义。

对风电场的出力进行短期预测，电力调度部门能够根据风电出力变化调整调度计划，减少系统的备用容量，降低系统的运行成本。根据风电场预测的出力曲线优化常规机组的出力，可以降低运行成本，增强系统的安全性、可靠性和可控性。

根据输入数据的不同，风电功率预测方法可以分为采用数值天气预报(Numerical Weather Prediction-NWP)与不采用数值天气预报两种。不采用数值天气预报的预测模型主要考虑大气条件的持续性，在超短期内具有较好的效果。但当时间尺度较大时，必须采用考虑数值天气预报的预测方法。此方法大致可以分为物理法和统计法。物理法不需要历史数据的支持，根据大气边界层动力学和边界层气象的理论，直接建立数值天气预报预测模型。统计法旨在建立一个输入数据(数值天气预报、历史数据、实测数据)与输出风电功率间的映射关系，不仅需要风电场历史数据的支持，而且要求风电场数值天气预报数据和实测的风电场输出功率之间具有一致性。

然而，风电场实际运行过程中可能出现多种异常变化，导致数值天气预报数据和风电场输出功率之间失去相关性。如在风能密集的地区，部分热电厂承担冬季供暖的任务，风电场可能出现弃风现象。同时为保证系统安全稳定运行，在特殊运行方式下可能限制风电场的出力。这些人为因素使得风电场输出功率的变化规律无法保持一致。另外，部分风电场往往分为多期建设，在一期风电场投入运行后，再陆续建设后续风电场。风电场装机容量的不断增加，使得同一风速对应的风电场出力相差较大，使得风速与风电场输出功率间的不一致性加剧。此外，风电机组本身的故障停运、NWP的预测误差、功率测量坏点、数据传输故障等问题均可能加剧NWP预测数据和风电场输出功率之间的不一致性。此时如果直接利用此历史数据进行风电功率预测，即使经过较长的训练过程，也很难得到良好的预测效果。

我国风电利用技术起步较晚，风电场功率预测技术尚不成熟，预测精度较低。目前投入运行的各种风电功率预测系统均未考虑风电场历史数据中存在的不一致性问题，且未考虑系统运行过程中的风电场扩建问题，自适应能力和工程实用性较差。

发明内容

本发明的目的在于针对上述背景中提到的问题，提供一种通用的用于风电功率预测的历史数据预处理方法和装置。此发明旨在解决NWP历史数据和风电场历史测量功率不一致性问题，自动判断风电场是否发生扩建并采用相应的措施，提高风电场功率预测方法的自适应性和工程实用性。

本发明克服上述现有技术的缺点，提供的风电场功率数据预处理装置，包括如下模块：

数据采集模块，采集风电场的NWP历史数据及对应的风电场实测功率；

统计拟合曲线生成模块，利用采集的信息和保存的有效样本集生成新的统计拟合曲线，修正曲线参数；

风电场扩建判断模块，统计风电场实测功率超过历史对应数据的功率点个数，若一段时间内超过一定比例，则认为风电场发生扩建；

有效样本选择模块，根据生成的统计拟合曲线并考虑一定的拟合误差，剔除所采集的风电场数据中明显偏离统计拟合曲线的功率点；

快速更新样本模块和慢速更新样本模块，通过选择不同的模块即可设定不同的样本更新频率。

基于所述数据预处理系统的数据预处理方法，包括如下步骤：

A.装置启动初始化、断电或故障恢复后，首先由数据采集模块采集风电场的NWP历史数据和对应的风电场实测功率，进而调用统计拟合模块生成风电场的初始统计拟合曲线。

结合风电机组的风速-功率曲线的特点，整个风电场风速-功率曲线应大体服从类似规律：低风速区，出力较少；超过额定风速后，出力平稳；中间过程出力逐渐增大。故可以利用下式所述S型曲线拟合风电场历史数据的统计规律。