光伏功率預測系統在某光伏電站的應用分析

1 光伏發(fā)電功率預測的目的和意義

光伏發(fā)電具有波動(dòng)性和間歇性，大規模光伏電站并網(wǎng)運行可能對電力系統的安全穩定經(jīng)濟運行造成影響。對光伏電站的輸出功率進(jìn)行預測有助于電力系統調度部門(mén)統籌安排常規能源和光伏發(fā)電的協(xié)調配合，及時(shí)調整調度計劃，合理安排電網(wǎng)運行方式，一方面有效地降低光伏接入對電網(wǎng)的影響，提高電網(wǎng)運行的安全性和穩定性，另一方面減少電力系統的旋轉備用和運行成本，以充分利用太陽(yáng)能資源，獲得更大的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。

2項目概況

該光伏電站位于青海省德令哈市境內，平均海拔高度2980米，該項目規模為10MW，已于2012年初并網(wǎng)發(fā)電。

由東潤環(huán)能（北京）科技有限公司提供的光伏功率預測系統于2011年12月投入運行，現運行穩定，預測精度達到國際先進(jìn)水平，短期預測月均方根誤差小于12%，遠遠滿(mǎn)足國家和西北電網(wǎng)對光伏功率預測精度的要求，驗收時(shí)受到業(yè)主和專(zhuān)家的一致好評。

3系統功能

該系統具備短期預測及超短期預測功能，短期預測能夠實(shí)現光伏電站次日0時(shí)至72時(shí)的光伏輸出功率預測，時(shí)間分辨率為15分鐘。超短期預測能夠實(shí)現光伏電站未來(lái)0-4小時(shí)的輸出功率的滾動(dòng)預測。

預測系統分為實(shí)時(shí)狀態(tài)監測、曲線(xiàn)展示、氣象信息展示、報表統計、系統管理共五個(gè)應用模塊，每個(gè)應用模塊又根據應用包含了若干個(gè)具體操作的子模塊。

3.1實(shí)時(shí)狀態(tài)監測

實(shí)時(shí)狀態(tài)監測模塊是以地圖形式展示光伏電站的地理分布，并采用實(shí)時(shí)更新的方式對光伏電站的預測功率、實(shí)際功率進(jìn)行展示，頁(yè)面的刷新周期根據光伏電站實(shí)時(shí)功率的接口更新時(shí)間而定，一般為1-5分鐘更新一次。將鼠標放置在光伏電站所在位置上，會(huì )彈出該電站的功率信息，如預測功率，實(shí)時(shí)功率和裝機容量。如圖1所示：

圖1光伏功率地圖展示界面

3.2曲線(xiàn)展示

曲線(xiàn)模塊下包含了4個(gè)子模塊，即短期光伏電站日曲線(xiàn)、周曲線(xiàn)展示和超短期光伏電站日曲線(xiàn)、周曲線(xiàn)展示。

3.2.1短期光伏電站日曲線(xiàn)展示

點(diǎn)擊“曲線(xiàn)展示”菜單下的“短期光伏電站日曲線(xiàn)展示”鏈接，會(huì )進(jìn)入短期預測日曲線(xiàn)展示列表頁(yè)面。其中“日曲線(xiàn)”橫坐標為時(shí)間序列，15分鐘一個(gè)點(diǎn)，每天96點(diǎn)；縱坐標為功率，單位為兆瓦（MW）。用戶(hù)可在頁(yè)面上通過(guò)日期控件選擇任何想查看的日期，點(diǎn)擊“提交”按鈕，即可顯示相應的信息。頁(yè)面提供導出功能，點(diǎn)擊右上角“導出”按鈕可用EXCEL和CSV兩種格式將結果導出到本地。如圖2所示：

圖2短期光伏電站日曲線(xiàn)展示界面

3.2.2短期光伏電站周曲線(xiàn)展示

點(diǎn)擊“曲線(xiàn)展示”菜單下的“短期光伏電站周曲線(xiàn)展示”鏈接，會(huì )進(jìn)入短期預測周曲線(xiàn)展示列表頁(yè)面。在周曲線(xiàn)頁(yè)面，會(huì )展示某個(gè)光伏電站在所選日期之后一周的功率曲線(xiàn)，并提供導出功能將功率數據導出。其中“周曲線(xiàn)”橫坐標為時(shí)間序列，15分鐘一個(gè)點(diǎn)，每天96點(diǎn)；縱坐標為功率，單位為兆瓦（MW）。曲線(xiàn)展示內容分為“預測功率曲線(xiàn)”、“實(shí)際功率曲線(xiàn)”，綠色曲線(xiàn)代表預測曲線(xiàn)，紅色曲線(xiàn)代表實(shí)際功率曲線(xiàn)，用戶(hù)可在頁(yè)面上通過(guò)日期控件選擇任何想查看的日期，當選擇好各種想查看的條件后，點(diǎn)擊“提交”按鈕，即可顯示相應的信息。

3.2.3超短期光伏電站日曲線(xiàn)展示

點(diǎn)擊“曲線(xiàn)展示”菜單下的“超短期光伏電站日曲線(xiàn)展示”鏈接，會(huì )進(jìn)入超短期預測日曲線(xiàn)展示頁(yè)面。其中“日曲線(xiàn)”橫坐標為時(shí)間序列，15分鐘一個(gè)點(diǎn)，每天96點(diǎn)；縱坐標為功率，單位為兆瓦（MW）。用戶(hù)可在頁(yè)面上通過(guò)日期控件選擇任何想查看的日期，點(diǎn)擊“提交”按鈕，即可顯示相應的信息。頁(yè)面提供導出功能，點(diǎn)擊右上角“導出”按鈕可用EXCEL和CSV兩種格式將結果導出到本地。如圖3所示：

圖3超短期光伏電站日曲線(xiàn)展示界面

3.2.4超短期光伏電站周曲線(xiàn)展示

點(diǎn)擊“曲線(xiàn)展示”菜單下的“超短期光伏電站周曲線(xiàn)展示”鏈接，會(huì )進(jìn)入超短期預測周曲線(xiàn)展示列表頁(yè)面。在周曲線(xiàn)頁(yè)面，會(huì )展示某個(gè)光伏電站在所選日期之后一周的超短期功率曲線(xiàn)，并提供導出功能將功率數據導出。

3.3氣象信息展示

氣象信息展示模塊包含風(fēng)速曲線(xiàn)展示、風(fēng)玫瑰圖展示、風(fēng)廓線(xiàn)展示、輻照強度曲線(xiàn)展示、云量曲線(xiàn)展示、氣溫曲線(xiàn)展示六個(gè)子模塊。

3.3.1輻照強度曲線(xiàn)展示

在氣象信息展示模塊下拉菜單中點(diǎn)擊“風(fēng)速曲線(xiàn)展示”，用戶(hù)選擇日期后，點(diǎn)擊“提交”可查看該電站在某日的光輻強度曲線(xiàn)，并提供導出功能。該模塊會(huì )展示出該電站在某日的各層高風(fēng)速曲線(xiàn)，共計四個(gè)層高：10米，30米，10米，170米。

3.3.2風(fēng)玫瑰圖展示

在風(fēng)玫瑰圖展示頁(yè)面，用戶(hù)選取時(shí)間段和指定層高后，點(diǎn)擊“提交”按鈕，便可查看該電站的某層高在指定時(shí)間段內的玫瑰圖表。

3.3.3風(fēng)廓線(xiàn)展示

在風(fēng)廓線(xiàn)展示頁(yè)面，選擇時(shí)間段后，點(diǎn)擊“提交”按鈕，可查看該光伏電站的風(fēng)廓線(xiàn)曲線(xiàn)圖

3.3.4輻照強度曲線(xiàn)展示

在輻照強度展示頁(yè)面，用戶(hù)選擇日期后，點(diǎn)擊“提交”可查看該電站在某日的光輻強度曲線(xiàn)，并提供導出功能。

3.3.5云量曲線(xiàn)展示

在云量曲線(xiàn)展示頁(yè)面，用戶(hù)選擇日期后，點(diǎn)擊“提交”可查看該電站在某日的云量曲線(xiàn)，并提供導出功能。

3.3.6氣溫曲線(xiàn)展示

在氣溫曲線(xiàn)展示頁(yè)面，用戶(hù)選擇日期后，點(diǎn)擊“提交”可查看該電站在某日的云量曲線(xiàn)，并提供導出功能。

3.4報表統計模塊

報表統計模塊只包含上報曲線(xiàn)導出、光伏短期預測指標統計、限記錄查詢(xún)及導出、預測實(shí)際功率導出四個(gè)子模塊，即光伏電站短期預測指標統計。

3.4.1上報曲線(xiàn)導出

通過(guò)導航可進(jìn)入此子模塊，在上報曲線(xiàn)導出頁(yè)面，選擇日期后，點(diǎn)擊“提交”會(huì )展示出第二天的上報預測曲線(xiàn)。在上報曲線(xiàn)頁(yè)面，提供導出功能。

在上報曲線(xiàn)展示頁(yè)面，可修改上報的預測值。用戶(hù)有兩種方法修改，一是修改頁(yè)面右側表格中某時(shí)刻的預測值，修改后，左側圖中的曲線(xiàn)會(huì )按照修改后的值做出相應變化；二是用鼠標拖曳左側圖中的曲線(xiàn)，修改后，右側表格中對應時(shí)刻的值會(huì )做出相應修改。修改成功后，點(diǎn)擊左側圖中右下角的“確認修改”來(lái)完成上報曲線(xiàn)預測值的更新，否則點(diǎn)擊“取消”按鈕來(lái)撤銷(xiāo)修改。如圖4所示

圖4上報曲線(xiàn)展示

3.4.2光伏短期預測指標統計

此模塊的功能為依據指定時(shí)間段內的預測值和實(shí)際功率值做出的統計。統計指標包括：相關(guān)性系統，平均絕對誤差，均方根誤差和誤差小于20%所占的比例。

a） 均方根誤差（RMSE）：

b） 平均絕對誤差（MAE）：

—ｉ時(shí)段的實(shí)際平均功率；

—ｉ時(shí)段的預測功率；

—所有樣本實(shí)際功率的平均值；

—所有預測功率樣本的平均值；

－光伏電站的額定裝機容量；

—ｉ時(shí)段的開(kāi)機總容量；

－所有樣本個(gè)數。

3.4.3限電記錄查詢(xún)及導出

用戶(hù)在“限電記錄查詢(xún)”頁(yè)面，選擇時(shí)間段后提交，系統會(huì )查找出在該時(shí)間段內所有光伏電站的限電記錄信息，并提供數據導出功能。

3.4.4預測實(shí)際功率導出

在預測實(shí)際功率導出頁(yè)面，選擇要導出的數據類(lèi)型：預測功率導出，實(shí)際功率導出和預測實(shí)際功率導出，選擇時(shí)間段后，點(diǎn)擊“導出”按鈕導出功率數據。

3.5系統管理

系統管理模塊包含用戶(hù)管理、光伏電站裝機容量設置、預測開(kāi)機容量設置、光伏限電設置、光伏電站管理、運行監控信息、用戶(hù)操作日志、數據庫導出、Tomcat日志下載和系統更新十個(gè)子模塊。

3.5.1用戶(hù)管理

在該子模塊超級管理員用戶(hù)（一般系統會(huì )自動(dòng)初始化一個(gè)）可以增加新的用戶(hù)和對原來(lái)的用戶(hù)進(jìn)行編輯、刪除和密碼修改等操作，目前系統提供兩種用戶(hù)：超級管理員具有所有模塊的使用功能；普通瀏覽用戶(hù)可以瀏覽，不具有系統管理模塊的使用權限。

3.5.2光伏電站裝機容量設置

在該子模塊，用戶(hù)可以根據實(shí)際情況對預測系統中所有光伏組件的裝機容量進(jìn)行修改，提交之后，預測系統將按照新的裝機容量對光伏電站進(jìn)行預測，在沒(méi)有填報第二天開(kāi)機容量的情況下，系統會(huì )以該電站的裝機容量為默認開(kāi)機容量進(jìn)行預測，因此修改裝機容量對預測系統影響很大，需按照實(shí)際情況進(jìn)行修改。

3.5.3預測開(kāi)機容量設置

在該子模塊，用戶(hù)根據實(shí)際情況設置未來(lái)一天的光伏電站開(kāi)機情況，這里只需要填寫(xiě)某電站未來(lái)一天的總開(kāi)機容量，提交之后，預測系統將根據用戶(hù)填報的開(kāi)機容量進(jìn)行預測，如果不填，預測系統會(huì )按照默認全部開(kāi)機的情況進(jìn)行預測。

3.5.4光伏限電設置

在該子模塊的頁(yè)面，管理員可以設置一段時(shí)間內調度限電記錄，新增或者刪除限電記錄。

3.5.5光伏電站管理

點(diǎn)擊“系統管理”菜單下的“光伏電站管理”進(jìn)入光伏電站列表界面，點(diǎn)擊“編輯”進(jìn)入編輯電站界面，在電站編輯界面，修改該電站的基本信息。

3.5.6運行監控信息

點(diǎn)擊“系統管理”菜單下的“運行監控信息”，進(jìn)入監控信息查看頁(yè)面，在該界面選擇監控信息的查詢(xún)條件，查詢(xún)符合條件的監控信息。監控信息展示的是系統運行過(guò)程中的運行日志。

3.5.7用戶(hù)操作日志

點(diǎn)擊“系統管理”菜單下的“用戶(hù)操作日志信息”，進(jìn)入用戶(hù)操作日志頁(yè)面，在該界面選擇查詢(xún)條件，查詢(xún)符合條件的用戶(hù)操作日志。界面提供導出功能，能夠導出用戶(hù)操作日志。

3.5.8數據庫導出

點(diǎn)擊“系統管理”菜單下的“數據庫導出”，進(jìn)入導出界面，可將系統的數據庫整體導出至本地，以便系統備份與維護。

3.5.9服務(wù)器日志下載

當系統出現問(wèn)題，電站管理人員可以下載tomcat服務(wù)器的日志信息，方便系統開(kāi)發(fā)人員找到問(wèn)題所在，解決系統問(wèn)題。

3.5.10系統更新

點(diǎn)擊“系統管理”菜單下的“系統更新”，進(jìn)入系統更新界面。在該界面，用戶(hù)可以上傳系統程序包來(lái)更新預測系統，系統包的格式為war文件格式。由我方提供更新包，然后由地方工作人員將更新包在此上傳，即可完成預測系統的更新。

4總結

光伏發(fā)電功率預測系統基于以上功能模塊設計，實(shí)現了對光伏電站的輸出功率進(jìn)行預測的功能。系統具有界面友好、操作方便、預測精度優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，在滿(mǎn)足光伏并網(wǎng)要求的同時(shí)，為光伏電站的科學(xué)有效管理提供了可靠的依據，是一款值得在光伏電站推廣的功率預測產(chǎn)品。