ANSYS 光伏发电预测系统 仿真过程与数据管理

1 总体目标

并网的光伏发电系统与电网相连接，为电网提供有功及无功功率。光伏发电只在白天发电且受天气变化影响，容量可信度和时间可信度较低，对电网运行和调度有一定的影响。为了使合理的利用并网光伏发电能，在储能设备不能满足大量投运的情况下，光伏发电预测系统将有助于解决并网光伏发电对电网的影响。

系统在建立数值天气预报的基础上，根据光伏电站设备、地理位置、地形、地貌等具体情况建立光伏电站的发电预测模型，计算预计以后几个小时至几天的发电情况，使电网运行方式安排和调度能够提前计划，保证电网稳定运行。

光伏发电预测系统在功能、性能有下列特点：

• 先进性

光伏发电预测系统应用理论选进，采用了多种方法相结合的原则，解决不同方式、不同特点条件下的问题，算法先进且具有良好的适应性，提高了预测精度。系统支撑平台设计和实现采用的技术先进，满足不同的应用环境，将实时信息采集、预测和分析等功能结合在一起，提供了完整的技术解决方案，是一套实用性强的系统。

• 开放性

预测系统即可以作为独立的系统运行，满足数据采集、历史数据存贮、预测和运行分析、数据转发等功能的击需求，也可以利用已用监控系统的信息完成预测任务。此系统可以通过通讯、数据库、文件等多种方式与其它系统进行数据共享和数据交换，具有良好的开放性，用效的利用系统信息。

• 扩展性

预测系统根据功能需求在软件方面从设计到实现采用组件化技术，在数值天气预报处理、实时运行数据采集和处理、预测模型建立和管理等各个子系统独立开发完成，通过脚本技术又可以灵活组合各个子系统完成具体的功能需求。因此，子系统可以独立进行功能扩展和升级，而且新的子系统随着功能的扩展逐步融入的系统中。子系统的独立性也方便了系统的部署，满足不同网络和功能结构的现场要求，增加了系统应用的灵活性。

• 实用性

系统提供了光伏预测和支持调度业务环节的全部解决方案。从数值天气预报的接收和分析、实时运行数据和设备检修状况、预测结果的发布和数据上传、接收运行方式数据等各个生产环节，都提供了完整、可靠的手段，保证预测的准确性和充分的应用。全面的解决方案保证了系统的实用性。

系统以光伏电站群能源管控中心系统为最终目的，基于实时基础数据平台技术支撑，利用统一的模型、数据、网络通信、人机界面、系统管理等服务，实现预测、分析和管理功能。该系统各应用模块的设计、开发和部署都需满足场站、公司、调度等的运行管理要求，最终建设成一套具备良好稳定性、实用性的光伏发电预测系统。

2.1 软件功能

光伏发电预测系统为满足现场运行和调度的需要，系统功能为分层结构。首先，为达到预测的准确性，系统将影响因素全部纳入预测信息系统，并综合考虑各种数据信息建立相应的管理和优化机制。这些信息系统包括数据天气预报、光伏电站实时信息、光伏电站检修计划、历史数据等，分别用于模型计算、数据修正等环节，从而得到更加准确的预测结果。

2.2 网络拓朴结构

系统结构配置灵活，可以满足各种条件的需求。系统应用分为数据处理服务器、应用服务器和数据接收及转发服务器。数据处理服务器承担数据管理、数据备份、数据优化和处理的任务，其为预测系统及第三方系统提供预测数据、历史数据和优化分析数据，成为重要的数据源。应用服务器为预测系统、信息发布系统等应用软件提供硬件平台，为用户提供了预测管理、信息展示以及调度支持等重要的应用的功能。数据接收服务器转发服务器考虑系统应用环境的数据安全性，将数据的接收和转发进行单独处理，在硬件上结构上保证通讯数据的安全隔离，为提高系统安全性提供保障。

3.1 功能概述

光伏功率预测系统采用统计方法、物理方法以及混合方法等多种算法，根据预测时间尺度的不同使用上述算法构成组合预测模型，对每一种算法的预测结果选取适当的权重进行加权平均算法从而得到最终预测结果，权重的选择可以采用等权平均法、最小方差法，保证预测的准度和精度。

3.2 功率预测

根据光伏电场所处地理位置的气候特征和电场历史数据情况，采用适当的预测方法构建特定的预测模型进行电场的功率预测，根据预测时间尺度的不同和实际应用的具体需求，采用多种方法及建模。

功率预测的空间：

• 预测的最小单位为一个光伏电场；
• 能够预测多个光伏电场的单独输出功率和叠加输出功率。

其他功能：

• 考虑到受限、机组故障和机组检修等非正常停机对光伏电场发电能力的影响，支持限电和机组故障等特殊情况下的功率预测。
• 考虑到光伏电场装机扩容对发电的影响，支持不断扩建中的光伏场的功率预测。
• 对于功率预测系统预测得到的曲线，可人工修正，人工修正应设置严格的权限管理。
• 能够对预测曲线进行误差估计，预测给定置信度的误差范围。

3.3 数据统计

• 参与统计数据的时间范围可任意选定；
• 历史功率数据统计包括数据完整性统计、频率分布统计、变化率统计等；
• 历史气象数据统计包括数据完整性统计、辐照强度分布统计、气温分布统计等。
• 光伏电场运行参数统计包括发电量、有效发电时间、最大出力及其发生时间、同时率、利用小时数及平均负荷率等参数的统计。
• 误差统计：能对任意时间区间的预测结果进行误差统计，误差指标包括均方根误差、平均绝对误差率。

3.4 系统界面

展示界面：

• 支持光伏电场（群）实时出力监测，以地图的形式显示各光伏电场的分布，地图页面应显示光伏电场（群）的实时功率及预测功率，页面更新周期不应超过5分钟。
• 支持多个光伏电场出力的同步监视，可同时显示系统预测曲线、实际功率曲线及预测误差带。实际功率曲线需实时更新，更新周期不超过5分钟。
• 支持不同时刻预测结果的同步显示。
• 支持数值天气预报数据与实际功率与预测功率的对比，提供图形、表格等多种可视化手段。
• 支持时间序列图、以及气温、云量、辐照强度变化曲线等气象图表，对实测气象数据和预测气象数据进行展示。

操作界面：

• 支持预测曲线的人工修改。
• 具备开机容量设置、调度限电设置及查询页面。
• 支持异常数据定义的设置，支持异常数据以特殊标识显示。
• 具备系统用户添加和管理功能，支持用户级别和权限设置，至少应包括系统管理员、 运行操作人员、浏览用户等不同级别的用户权限。

统计查询界面：

• 支持光伏电场基本信息的查询，光伏电场基本信息应包括装机容量、接入变电站名称、接入电压等级以及所属公司等。
• 支持多预测结果的误差统计，提供表格、曲线、直方图等多种展示手段。
• 所有的表格、曲线应同时支持打印输出和电子表格输出。

3.5 数据上传

光伏功率预测系统可以根据调度部门的要求向调度机构上报未来0-24、0-48、0-72小时的短期光伏功率预测。

3.6 系统性能

• 光伏功率预测系统不受光伏电场数量限制。
• 光伏功率预测应不受光伏电场机组检修和扩建限制，即光伏电场任何运行状态皆可进行功率预测。
• 光伏功率预测模型计算时间小于5分钟。
• 单个光伏电场短期预测月均方根误差小于20%。
• 系统硬件可靠性应大于99%。系统月可用率应大于99%。

3.7 系统特点

• 可提供0-24小时、0-48小时、0-72小时短期功率预测；
• 可运行于电网调度、光伏电场；
• 系统采用JAVA语言开发，B/S结构、界面友好，维护方便，可运行于Windows或Linux系统平台；
• 符合电力二次系统防护规定，与电力二次系统具有良好的接口。

光伏功率预测系统业绩项目：

中国华能集团公司投资华能青海分公司格尔木光伏预测项目

中广核集团青海分公司格尔木光伏预测项目

青海省国有资产投资管理有限公司格尔木光伏预测项目

青海龙源格尔木新能源开发有限公司光伏预测项目

中国三峡新能源公司格尔木光伏电站光功率预测系统

浙江昱辉阳光能源有限公司乌兰县20MW光伏并网项目

青海格尔木正泰新能源光伏预测采购

中国大唐集团新能源股份有限公司德令哈项目