光伏功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)在某光伏電站的應(yīng)用分析

1 光伏發(fā)電功率預(yù)測(cè)的目的和意義

光伏發(fā)電具有波動(dòng)性和間歇性，大規(guī)模光伏電站并網(wǎng)運(yùn)行可能對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行造成影響。對(duì)光伏電站的輸出功率進(jìn)行預(yù)測(cè)有助于電力系統(tǒng)調(diào)度部門(mén)統(tǒng)籌安排常規(guī)能源和光伏發(fā)電的協(xié)調(diào)配合，及時(shí)調(diào)整調(diào)度計(jì)劃，合理安排電網(wǎng)運(yùn)行方式，一方面有效地降低光伏接入對(duì)電網(wǎng)的影響，提高電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，另一方面減少電力系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)備用和運(yùn)行成本，以充分利用太陽(yáng)能資源，獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

2項(xiàng)目概況

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

由東潤(rùn)環(huán)能（北京）科技有限公司提供的光伏功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)于2011年12月投入運(yùn)行，現(xiàn)運(yùn)行穩(wěn)定，預(yù)測(cè)精度達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，短期預(yù)測(cè)月均方根誤差小于12%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿(mǎn)足國(guó)家和西北電網(wǎng)對(duì)光伏功率預(yù)測(cè)精度的要求，驗(yàn)收時(shí)受到業(yè)主和專(zhuān)家的一致好評(píng)。

3系統(tǒng)功能

該系統(tǒng)具備短期預(yù)測(cè)及超短期預(yù)測(cè)功能，短期預(yù)測(cè)能夠?qū)崿F(xiàn)光伏電站次日0時(shí)至72時(shí)的光伏輸出功率預(yù)測(cè)，時(shí)間分辨率為15分鐘。超短期預(yù)測(cè)能夠?qū)崿F(xiàn)光伏電站未來(lái)0-4小時(shí)的輸出功率的滾動(dòng)預(yù)測(cè)。

預(yù)測(cè)系統(tǒng)分為實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、曲線(xiàn)展示、氣象信息展示、報(bào)表統(tǒng)計(jì)、系統(tǒng)管理共五個(gè)應(yīng)用模塊，每個(gè)應(yīng)用模塊又根據(jù)應(yīng)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(jiān)測(cè)

實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)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(duì)光伏電站的預(yù)測(cè)功率、實(shí)際功率進(jìn)行展示，頁(yè)面的刷新周期根據(jù)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(biāo)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(yù)測(cè)功率，實(shí)時(shí)功率和裝機(jī)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(yù)測(cè)日曲線(xiàn)展示列表頁(yè)面。其中“日曲線(xiàn)”橫坐標(biāo)為時(shí)間序列，15分鐘一個(gè)點(diǎn)，每天96點(diǎn)；縱坐標(biāo)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(yīng)的信息。頁(yè)面提供導(dǎo)出功能，點(diǎn)擊右上角“導(dǎo)出”按鈕可用EXCEL和CSV兩種格式將結(jié)果導(dǎo)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(yù)測(cè)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(dǎo)出功能將功率數(shù)據(jù)導(dǎo)出。其中“周曲線(xiàn)”橫坐標(biāo)為時(shí)間序列，15分鐘一個(gè)點(diǎn)，每天96點(diǎn)；縱坐標(biāo)為功率，單位為兆瓦（MW）。曲線(xiàn)展示內(nèi)容分為“預(yù)測(cè)功率曲線(xiàn)”、“實(shí)際功率曲線(xiàn)”，綠色曲線(xiàn)代表預(yù)測(cè)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(dāng)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(yīng)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(yù)測(cè)日曲線(xiàn)展示頁(yè)面。其中“日曲線(xiàn)”橫坐標(biāo)為時(shí)間序列，15分鐘一個(gè)點(diǎn)，每天96點(diǎn)；縱坐標(biāo)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(yīng)的信息。頁(yè)面提供導(dǎo)出功能，點(diǎn)擊右上角“導(dǎo)出”按鈕可用EXCEL和CSV兩種格式將結(jié)果導(dǎo)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(yù)測(cè)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(dǎo)出功能將功率數(shù)據(jù)導(dǎo)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度曲線(xiàn)，并提供導(dǎo)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(jì)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(nèi)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(qiáng)度曲線(xiàn)展示

在輻照強(qiáng)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(qiáng)度曲線(xiàn)，并提供導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)出功能。

3.4報(bào)表統(tǒng)計(jì)模塊

報(bào)表統(tǒng)計(jì)模塊只包含上報(bào)曲線(xiàn)導(dǎo)出、光伏短期預(yù)測(cè)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)、限記錄查詢(xún)及導(dǎo)出、預(yù)測(cè)實(shí)際功率導(dǎo)出四個(gè)子模塊，即光伏電站短期預(yù)測(cè)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)。

3.4.1上報(bào)曲線(xiàn)導(dǎo)出

通過(guò)導(dǎo)航可進(jìn)入此子模塊，在上報(bào)曲線(xiàn)導(dǎo)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(bào)預(yù)測(cè)曲線(xiàn)。在上報(bào)曲線(xiàn)頁(yè)面，提供導(dǎo)出功能。

在上報(bào)曲線(xiàn)展示頁(yè)面，可修改上報(bào)的預(yù)測(cè)值。用戶(hù)有兩種方法修改，一是修改頁(yè)面右側(cè)表格中某時(shí)刻的預(yù)測(cè)值，修改后，左側(cè)圖中的曲線(xiàn)會(huì)按照修改后的值做出相應(yīng)變化；二是用鼠標(biāo)拖曳左側(cè)圖中的曲線(xiàn)，修改后，右側(cè)表格中對(duì)應(yīng)時(shí)刻的值會(huì)做出相應(yīng)修改。修改成功后，點(diǎn)擊左側(cè)圖中右下角的“確認(rèn)修改”來(lái)完成上報(bào)曲線(xiàn)預(yù)測(cè)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(bào)曲線(xiàn)展示

3.4.2光伏短期預(yù)測(cè)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

此模塊的功能為依據(jù)指定時(shí)間段內(nèi)的預(yù)測(cè)值和實(shí)際功率值做出的統(tǒng)計(jì)。統(tǒng)計(jì)指標(biāo)包括：相關(guān)性系統(tǒng)，平均絕對(duì)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(duì)誤差（MAE）：

—ｉ時(shí)段的實(shí)際平均功率；

—ｉ時(shí)段的預(yù)測(cè)功率；

—所有樣本實(shí)際功率的平均值；

—所有預(yù)測(cè)功率樣本的平均值；

－光伏電站的額定裝機(jī)容量；

—ｉ時(shí)段的開(kāi)機(jī)總?cè)萘浚?/p>

－所有樣本個(gè)數(shù)。

3.4.3限電記錄查詢(xún)及導(dǎo)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(tǒng)會(huì)查找出在該時(shí)間段內(nèi)所有光伏電站的限電記錄信息，并提供數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能。

3.4.4預(yù)測(cè)實(shí)際功率導(dǎo)出

在預(yù)測(cè)實(shí)際功率導(dǎo)出頁(yè)面，選擇要導(dǎo)出的數(shù)據(jù)類(lèi)型：預(yù)測(cè)功率導(dǎo)出，實(shí)際功率導(dǎo)出和預(yù)測(cè)實(shí)際功率導(dǎo)出，選擇時(shí)間段后，點(diǎn)擊“導(dǎo)出”按鈕導(dǎo)出功率數(shù)據(jù)。

3.5系統(tǒng)管理

系統(tǒng)管理模塊包含用戶(hù)管理、光伏電站裝機(jī)容量設(shè)置、預(yù)測(cè)開(kāi)機(jī)容量設(shè)置、光伏限電設(shè)置、光伏電站管理、運(yùn)行監(jiān)控信息、用戶(hù)操作日志、數(shù)據(jù)庫(kù)導(dǎo)出、Tomcat日志下載和系統(tǒng)更新十個(gè)子模塊。

3.5.1用戶(hù)管理

在該子模塊超級(jí)管理員用戶(hù)（一般系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)初始化一個(gè)）可以增加新的用戶(hù)和對(duì)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(tǒng)提供兩種用戶(hù)：超級(jí)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(tǒng)管理模塊的使用權(quán)限。

3.5.2光伏電站裝機(jī)容量設(shè)置

在該子模塊，用戶(hù)可以根據(jù)實(shí)際情況對(duì)預(yù)測(cè)系統(tǒng)中所有光伏組件的裝機(jī)容量進(jìn)行修改，提交之后，預(yù)測(cè)系統(tǒng)將按照新的裝機(jī)容量對(duì)光伏電站進(jìn)行預(yù)測(cè)，在沒(méi)有填報(bào)第二天開(kāi)機(jī)容量的情況下，系統(tǒng)會(huì)以該電站的裝機(jī)容量為默認(rèn)開(kāi)機(jī)容量進(jìn)行預(yù)測(cè)，因此修改裝機(jī)容量對(duì)預(yù)測(cè)系統(tǒng)影響很大，需按照實(shí)際情況進(jìn)行修改。

3.5.3預(yù)測(cè)開(kāi)機(jī)容量設(shè)置

在該子模塊，用戶(hù)根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置未來(lái)一天的光伏電站開(kāi)機(jī)情況，這里只需要填寫(xiě)某電站未來(lái)一天的總開(kāi)機(jī)容量，提交之后，預(yù)測(cè)系統(tǒng)將根據(jù)用戶(hù)填報(bào)的開(kāi)機(jī)容量進(jìn)行預(yù)測(cè)，如果不填，預(yù)測(cè)系統(tǒng)會(huì)按照默認(rèn)全部開(kāi)機(jī)的情況進(jìn)行預(yù)測(cè)。

3.5.4光伏限電設(shè)置

在該子模塊的頁(yè)面，管理員可以設(shè)置一段時(shí)間內(nèi)調(diào)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(tǒng)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(yùn)行監(jiān)控信息

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

3.5.7用戶(hù)操作日志

點(diǎn)擊“系統(tǒng)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(dǎo)出功能，能夠?qū)С鲇脩?hù)操作日志。

3.5.8數(shù)據(jù)庫(kù)導(dǎo)出

點(diǎn)擊“系統(tǒng)管理”菜單下的“數(shù)據(jù)庫(kù)導(dǎo)出”，進(jìn)入導(dǎo)出界面，可將系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)整體導(dǎo)出至本地，以便系統(tǒng)備份與維護(hù)。

3.5.9服務(wù)器日志下載

當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)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(tǒng)開(kāi)發(fā)人員找到問(wèn)題所在，解決系統(tǒng)問(wèn)題。

3.5.10系統(tǒng)更新

點(diǎn)擊“系統(tǒng)管理”菜單下的“系統(tǒng)更新”，進(jìn)入系統(tǒng)更新界面。在該界面，用戶(hù)可以上傳系統(tǒng)程序包來(lái)更新預(yù)測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)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(yù)測(cè)系統(tǒng)的更新。

4總結(jié)

光伏發(fā)電功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)基于以上功能模塊設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)光伏電站的輸出功率進(jìn)行預(yù)測(cè)的功能。系統(tǒng)具有界面友好、操作方便、預(yù)測(cè)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(jù)，是一款值得在光伏電站推廣的功率預(yù)測(cè)產(chǎn)品。