CN117175632B - 一种提高风光资源利用率和功率预测准确率的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高风光资源利用率和功率预测准确率的方法和装置，适用于含储能的新能源发电站。所述方法根据当前累计储能电量，减去安全保留电量后，将剩余部分按照短期预测功率的趋势进行平滑分布，优化并提高短期预测功率。本发明采用一种双回路串级控制方法，减少储能与新能源发电控制回路耦合性，降低系统设计复杂度，提高运行可靠性。

Description

一种提高风光资源利用率和功率预测准确率的方法和装置

技术领域

本发明涉及含有储能的新能源光伏电站、风电站技术领域，具体的说是一种提高风光资源利用率和功率预测准确率的方法和装置。

背景技术

电力生产调度系统需要对未来一段时间内的风功率和光伏功率进行预测，以合理分配发电设备的功率，确保大电网稳定可靠运行。

近年来，一方面新能源发电站运行期间往往需限电入网，导致一部分可利用的风光资源被浪费，另一方面对新能源电站预测精度的要求也逐步增加。目前各地区逐步要求新建新能源发电站需强制配备储能设备，如果充分调用电站内的储能设备，一方面可以减少弃风弃光，另一方面也能够提高电站预测精度。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种提高风光资源利用率和功率预测准确率的方法和装置，可减少弃风弃光，提高新能源发电站的预测精度。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种提高风光资源利用率和功率预测准确率的方法，包括以下步骤：

计算电站的非储能功率，根据气象数据和所述非储能功率进行功率预测，得到预测功率；同时，计算待预测时间段内，各个预测数据点的理论最大功率；

实时获取储能当前剩余容量信息，并根据所述剩余容量信息和所述理论最大功率修正所述预测功率；

将修正后的预测功率上送至区域调度系统；

获取区域调度系统下发的有功控制指令，根据所述有功控制指令和设备运行参数，进行发电站有功功率分配，完成有功功率输出。

所述计算电站的非储能功率，具体为：

其中，P_EG为电站的非储能功率，P_point为电站并网点有功功率，P_W为各风机有功功率，P_PV为各光伏功率，P_PCS为各储能变流器有功功率。

所述计算待预测时间段内，各个预测数据点的理论最大功率，包括以下步骤：

获取待预测时间段T内的气象数据，所述气象数据的数据时间间隔为Δt；

结合待预测时间段前后若干日的预测气象数据和往年同期的实测气象数据，对一天内的各个时间点选取气象数据的理论最大值；

对所述理论最大值进行功率预测，预测出理论最大功率P_max(t)；其中t为取值范围内的整数，P_max(t)表示在未来T时间内按照间隔为Δt，共计个预测点上，每个预测点的理论最大功率。

所述根据所述剩余容量信息和所述理论最大功率修正所述预测功率，包括以下步骤：

根据当前剩余容量W_curr、安全保留剩余容量W_safe，计算出可用电量W_able＝W_curr-W_safe；

根据所述理论最大功率，使用可用电量按时间分配修正，得到修正后的预测功率。

所述对可用电量按时间分配修正，得到修正后的预测功率，在W_able＞0时，包括以下步骤：

计算各预测点的差值功率P_diff(t)＝P_max(t)-P_pred(t)，其中，P_pred(t)表示预测功率；

选取差值功率P_diff(t)的最大值中所有的t时刻，选取差值功率P_diff(t)的次大值对上述选取到的每一个t时刻，将预测功率P_pred(t)修改为：

其中，P_pred`(t)为修改后的预测功率， 为期望修正功率，ct(t)表示上述操作中t时刻的个数；

同时，W_able减少为W_able`：

W_able`＝W_able-P_{pred_exp}(t)×ct(t)×Δt

若经过上述计算后，W_able`仍大于0或所有P<sub>pred_exp</sub>(t)大于0，则重复上述操作，直至W<sub>able</sub>`＝0或所有P_{pred_exp}(t)＝0，完成迭代。

所述对可用电量按时间分配修正，得到修正后的预测功率，在W_able<0时，包括：

若电站要求在不限功率工况下不进行储能充电，则不进行优化操作；

若电站要求可在不限功率情况下进行储能充电，则预测功率按比例缩减，将预测功率P_pred(t)修改为

P_pred`(t)＝P_pred(t)×f_adjust

其中，f_adjust为调节系数。

所述有功控制指令和设备运行参数包括：当前的并网点有功功率P_point、当前的有功指令P_target、各储能变流器有功功率P_PCS以及当前储能变流器允许的最大充电功率P_{PCS_min}。

所述进行发电站有功功率分配，形成两个闭环回路，具体为：

回路1，控制对象为风机、光伏设备的总功率P_W+P_PV，其中P_W为各风机有功功率，P_PV为各光伏功率，控制目标为P_W+P_PV＝P_target+P_{PCs_min}，即控制风光功率设备以当前的有功指令加上当前储能变流器允许的最大充电功率为目标进行有功功率输出；

回路2，控制对象为各储能变流器有功功率P_PCS，控制目标为P_point＝P_target，即控制储能设备以当前的并网点有功功率调节到调度当前有功指令为目标。

一种提高风光资源利用率和功率预测准确率的装置，包括：

能量管理系统，连接功率预测系统、优化系统和双回路控制系统，用于获取历史有功功率、储能当前剩余容量信息、设备运行参数和区域调度系统下发的有功控制指令；

功率预测系统，连接优化系统，用于从能量管理系统中读取历史有功功率，根据所述历史有功功率计算电站的非储能功率，根据气象数据和所述非储能功率进行功率预测，得到预测功率；同时，计算待预测时间段内，各个预测数据点的理论最大功率；将优化系统得到的修正后的预测功率上送至区域调度系统；

优化系统，用于获取功率预测系统中得到的所述预测功率和各个预测数据点的理论最大功率，从能量管理系统中实时获取储能当前剩余容量信息，并根据所述剩余容量信息和所述理论最大功率修正所述预测功率；

双回路控制系统，用于从能量管理系统中获取有功控制指令和设备运行参数，根据所述有功控制指令和设备运行参数，进行发电站有功功率分配，完成有功功率输出。

所述历史有功功率包括电站并网点有功功率P_point、各风机有功功率P_W、各光伏功率P_PV和各储能变流器有功功率P_PCS；

所述根据所述历史有功功率计算电站的非储能功率，具体为：

其中，P_EG为电站的非储能功率。

本发明具有以下优点及有益效果：

1.本发明根据当前累计储能电量，减去安全保留电量后，将剩余部分按照短期预测功率的趋势进行分布，并累积到短期预测功率中，以提高短期预测功率。此方法将当前无法输出到电网中的部分功率临时储存到储能设备中，于未来一段时间内输出到电网，等效提高了风光资源的发电总量，提高风光资源利用率。

2.本发明的数据优化使用优先补缺策略，使预测曲线更平滑；功率调节使用串级控制思想，通过双回路进行发电站功率控制，以储能优先充电策略，使储能有充足的资源进行功率调节，减少实际功率与预测功率差值，提高预测准确；两个回路之间互相不交换控制指令，回路耦合性低，控制策略简单高效。

3.本发明适用于含储能的新能源发电站，可通过充分利用储能设备的利用率，减少弃风弃光，提高电站的经济效益。

附图说明

图1为本发明实施例中的方法流程图；

图2为本发明实施例中的装置结构图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。

实施例1：

如图1所示，一种提高风光资源利用率和功率预测准确率的方法，包括如下步骤：

步骤1：建立优化系统、双回路控制系统与能量管理系统和功率预测系统的数据传输通道。

步骤2：功率预测系统计算电站的非储能功率，使用该数据结合气象数据进行功率预测。

功率预测系统从能量管理系统中读取历史有功数据，包括电站并网点有功功率P_point，读取各风机有功功率P_W，各光伏功率P_PV，各储能PCS有功功率P_PCs；

视电站内各设备的网损比例一致，计算非储能功率为：

此非储能功率视为电站的非储能有功功率，用做功率预测系统对预测模型进行训练的有功输入。采用非储能功率进行模型训练，可避免储能功率影响电站总功率，导致预测模型失真的问题。

步骤3：计算待预测时间段内，各个预测数据点的理论最大功率。

获取待预测时间段T内的气象数据(气象数据的数据时间间隔为Δt)，结合预测时间段前数日、未来时间段后数日预测气象数据和往年同期实测气象数据，对一天内的各个时间点选取气象数据的理论最大值；使用功率预测系统的预测模型对该理论最大值进行功率预测(预测数据的数据时间间隔为Δt)，预测出理论最大功率P_max(t)，其中t取值范围是表示未来T时间内按照间隔为Δt，共计个预测点，在每个预测点的理论最大功率。

在本发明的一个实施例中，预测功率和理论最大功率都是每15分钟一个值，每天96个值。预测功率是根据天气预报(比如风速)，通过预测算法(参考专利CN104915727B)预测出来的值；理论最大功率是指预测出来的值不应该超过的最大值。比如，一个风电场，将要预测明天上午8点的功率，则根据天气预报里明天8点的风速去预测，得到预测功率。想知道这功率可能的最大值，就把这这几年里，对应这几天的早上8点的风速都找出来，选择一个最大的风速，也做一个预测，得到一个功率，这个功率就是明天早上8点功率可能达到的最大值，即理论最大功率。

步骤4：功率预测系统完成预测后，将预测功率和理论最大功率发送至优化系统。

步骤5：能量管理系统实时发送储能当前剩余容量等信息至优化系统。

步骤6：优化系统根据储能功率的当前剩余容量等信息修正预测功率。

根据当前剩余容量W_curr、安全保留剩余容量W_safe，计算出可用电量W_able＝W_curr-W_safe，当安全保留剩余电量高于当前剩余容量时，可用电量为负；

根据功率预测系统预测出的未来一天的预测功率和理论最大功率，使用可用电量按时间分配修正，得到修正后的预测功率。

进一步的，当W_able＞0时使用可用电量按时间分配修正主要步骤包括：

当W_able＞0时，预测数据优先补缺，使预测曲线更平滑，剩余部分作为等比例提高预测数据，修正后的预测功率的最大值不超过理论最大功率(即修正后每个时刻的预测功率，不超过该时刻的理论最大功率)。

参考公式为：

各预测时刻的差值功率P_diff(t)＝P_max(t)-P_pred(t)，表示预测功率与此时刻的理论最大功率的差值。

选取P_diff(t)的最大值中所有的t时刻，选取次大值对上述选取到的每一个t时刻，期望修正功率 P_pred(t)修改为

同时W_able减少为

W_able＝W_{able_orig}-P_{pred_exp}(t)×ct(t)×Δt

W_{able_orig}为此公式计算前的W_able的值，P_{pred_orig}(t)为此公式计算前的P_pred(t)值，ct(t)表示上述操作中t时刻的个数。

若计算后，W_able仍大于0或所有P_{pred_exp}(t)大于0，则重复上述操作，直至W_able＝0或所有P_{pred_exp}(t)＝0，完成迭代。

进一步的，当W_able<0时使用可用电量按时间分配修正主要步骤包括：

当W_able<0时，根据电站要求可选择两种模式：若电站要求不限功率工况下不进行储能充电，则采取模式1，W_able<0时不进行优化操作；若电站可在不限功率情况下进行储能充电，则采取模式2，W_able<0时预测数据按比例缩减。

模式2参考公式为：

P_pred(t)＝P_{pred_orig}(t)×f_adjust

f_adjust为调节系数，此公式等比例的减少预测功率P_pred(t)，减少的电量为W_able，不会将P_pred(t)减少至0以下。

步骤7：优化系统将修正后的预测数据发送至功率预测系统，功率预测系统将修正后的预测数据由上送通道上送至区域调度系统；

步骤8：新能源发电站能量的管理系统将获取的区域调度系统下发的有功控制指令和设备运行参数下发给双回路控制系统，以调度有功指令为约束，使用储能优先充电策略进行发电站有功功率分配，完成功率输出。

能量管理系统获取调度当前并网点有功功率P_point、调度当前有功指令P_target、各储能PCS有功功率总和P_PCS以及当前储能PCS允许的最大充电功率P_{PCS_min}(正数)，将上述数据发送至双回路控制系统，由双回路控制系统完成功率计算和控制指令下发。

控制形成两个闭环回路。回路1，控制对象为风机、光伏设备的总功率P_W+P_PV，控制目标为P_W+P_PV＝P_target+P_{PCS_min}，即风光功率设备以调度指令+储能最大充电功率为目标进行有功功率输出。回路2，控制对象为储能PCS有功功率P_PCS，控制目标为P_point＝P_target，即储能设备以并网点功率调节到调度有功指令为目标。

通过上述步骤，可实现储能优化新能源发电短期功率预测准确率的方法。

实施例2：

如图2所示，一种储能提高风光资源利用率和功率预测准确率的装置，包括：

优化系统：从功率预测系统中获取预测数据，从能量管理系统获取储能当前剩余容量，修正预测数据，并将修正后的预测数据发送至功率预测系统。

功率预测系统：从能量管理系统获取电站的非储能功率，实现新能源发电站有功功率预测功能，将预测到的数据发送至优化系统，将优化系统优化后的数据上送至区域调度系统。

能量管理系统：从区域调度系统获取调节指令、从电站内的各个采集设备获取站内各设备的运行参数，并将数据根据需求发送至优化系统、功率预测系统、双回路控制系统。

双回路控制系统：从能量管理系统中获取调度指令和设备运行参数，使用串级双回路进行储能设备与风光设备的有功分配，并将控制指令下发至储能设备和风光设备，实现功率输出。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种提高风光资源利用率和功率预测准确率的方法，其特征在于，包括以下步骤：

计算电站的非储能功率，根据气象数据和所述非储能功率进行功率预测，得到预测功率；同时，计算待预测时间段内，各个预测数据点的理论最大功率；

实时获取储能当前剩余容量信息，并根据所述剩余容量信息和所述理论最大功率修正所述预测功率；

将修正后的预测功率上送至区域调度系统；

获取区域调度系统下发的有功控制指令，根据所述有功控制指令和设备运行参数，进行发电站有功功率分配，完成有功功率输出；

所述计算待预测时间段内，各个预测数据点的理论最大功率，包括以下步骤：

获取待预测时间段T内的气象数据，所述气象数据的数据时间间隔为Δt；

结合待预测时间段前后若干日的预测气象数据和往年同期的实测气象数据，对一天内的各个时间点选取气象数据的理论最大值；

对所述理论最大值进行功率预测，预测出理论最大功率P_max(t)；其中t为取值范围内的整数，P_max(t)表示在未来T时间内按照间隔为Δt，共计个预测点上，每个预测点的理论最大功率；

所述根据所述剩余容量信息和所述理论最大功率修正所述预测功率，包括以下步骤：

根据当前剩余容量W_curr、安全保留剩余容量W_safe，计算出可用电量W_able＝W_curr-W_safe；

根据所述理论最大功率，使用可用电量按时间分配修正，得到修正后的预测功率；

对所述可用电量按时间分配修正，得到修正后的预测功率，在W_able>0时，包括以下步骤：

计算各预测点的差值功率P_diff(t)＝P_max(t)-P_pred(t)，其中，P_pred(t)表示预测功率；

选取差值功率P_diff(t)的最大值中所有的t时刻，选取差值功率P_diff(t)的次大值对上述选取到的每一个t时刻，将预测功率P_pred(t)修改为：

其中，P_pred`(t)为修改后的预测功率， 为期望修正功率，ct(t)表示上述操作中t时刻的个数；

同时，W_able减少为W_able`：

W_able`＝W_able-P_{pred_exp}(t)×ct(t)×Δt

若经过上述计算后，W_able`仍大于0或所有P<sub>pred_exp</sub>(t)大于0，则重复上述操作，直至W<sub>able</sub>`＝0或所有P_{pred_exp}(t)＝0，完成迭代；

对所述可用电量按时间分配修正，得到修正后的预测功率，在W_able<0时，包括：

若电站要求在不限功率工况下不进行储能充电，则不进行优化操作；

若电站要求可在不限功率情况下进行储能充电，则预测功率按比例缩减，将预测功率P_pred(t)修改为

P_pred`(t)＝P_pred(t)×f_adjust

其中，f_adjust为调节系数。

2.根据权利要求1所述的一种提高风光资源利用率和功率预测准确率的方法，其特征在于，所述计算电站的非储能功率，具体为：

其中，P_EG为电站的非储能功率，P_point为电站并网点有功功率，P_W为各风机有功功率，P_PV为各光伏功率，P_PCS为各储能变流器有功功率。

3.根据权利要求1所述的一种提高风光资源利用率和功率预测准确率的方法，其特征在于，所述有功控制指令和设备运行参数包括：当前的并网点有功功率P_point、当前的有功指令P_target、各储能变流器有功功率P_PCS以及当前储能变流器允许的最大充电功率P_{PCS_min}。

4.根据权利要求3所述的一种提高风光资源利用率和功率预测准确率的方法，其特征在于，所述进行发电站有功功率分配，形成两个闭环回路，具体为：

回路1，控制对象为风机、光伏设备的总功率P_W+P_PV，其中P_W为各风机有功功率，P_PV为各光伏功率，控制目标为P_W+P_PV＝P_target+P_{PCS_min}，即控制风光功率设备以当前的有功指令加上当前储能变流器允许的最大充电功率为目标进行有功功率输出；

回路2，控制对象为各储能变流器有功功率P_PCS，控制目标为P_point＝P_target，即控制储能设备以当前的并网点有功功率调节到调度当前有功指令为目标。

5.一种提高风光资源利用率和功率预测准确率的装置，其特征在于，包括：

能量管理系统，连接功率预测系统、优化系统和双回路控制系统，用于获取历史有功功率、储能当前剩余容量信息、设备运行参数和区域调度系统下发的有功控制指令；

功率预测系统，连接优化系统，用于从能量管理系统中读取历史有功功率，根据所述历史有功功率计算电站的非储能功率，根据气象数据和所述非储能功率进行功率预测，得到预测功率；同时，计算待预测时间段内，各个预测数据点的理论最大功率；将优化系统得到的修正后的预测功率上送至区域调度系统；

优化系统，用于获取功率预测系统中得到的所述预测功率和各个预测数据点的理论最大功率，从能量管理系统中实时获取储能当前剩余容量信息，并根据所述剩余容量信息和所述理论最大功率修正所述预测功率；

双回路控制系统，用于从能量管理系统中获取有功控制指令和设备运行参数，根据所述有功控制指令和设备运行参数，进行发电站有功功率分配，完成有功功率输出；

所述计算待预测时间段内，各个预测数据点的理论最大功率，包括以下步骤：

获取待预测时间段T内的气象数据，所述气象数据的数据时间间隔为Δt；

结合待预测时间段前后若干日的预测气象数据和往年同期的实测气象数据，对一天内的各个时间点选取气象数据的理论最大值；

对所述理论最大值进行功率预测，预测出理论最大功率P_max(t)；其中t为取值范围内的整数，P_max(t)表示在未来T时间内按照间隔为Δt，共计个预测点上，每个预测点的理论最大功率；

所述根据所述剩余容量信息和所述理论最大功率修正所述预测功率，包括以下步骤：

根据当前剩余容量W_curr、安全保留剩余容量W_safe，计算出可用电量W_able＝W_curr-W_safe；

根据所述理论最大功率，使用可用电量按时间分配修正，得到修正后的预测功率；

对所述可用电量按时间分配修正，得到修正后的预测功率，在W_able>0时，包括以下步骤：

计算各预测点的差值功率P_diff(t)＝P_max(t)-P_pred(t)，其中，P_pred(t)表示预测功率；

选取差值功率P_diff(t)的最大值中所有的t时刻，选取差值功率P_diff(t)的次大值对上述选取到的每一个t时刻，将预测功率P_pred(t)修改为：

其中，P_pred`(t)为修改后的预测功率， 为期望修正功率，ct(t)表示上述操作中t时刻的个数；

同时，W_able减少为W_able`：

W_able`＝W_able-P_{pred_exp}(t)×ct(t)×Δt

若经过上述计算后，W_able`仍大于0或所有P<sub>pred_exp</sub>(t)大于0，则重复上述操作，直至W<sub>able</sub>`＝0或所有P_{pred_exp}(t)＝0，完成迭代；

对所述可用电量按时间分配修正，得到修正后的预测功率，在W_able<0时，包括：

若电站要求在不限功率工况下不进行储能充电，则不进行优化操作；

若电站要求可在不限功率情况下进行储能充电，则预测功率按比例缩减，将预测功率P_pred(t)修改为

P_pred`(t)＝P_pred(t)×f_adjust

其中，f_adjust为调节系数。

6.根据权利要求5述的一种提高风光资源利用率和功率预测准确率的装置，其特征在于，所述历史有功功率包括电站并网点有功功率P_point、各风机有功功率P_W、各光伏功率P_PV和各储能变流器有功功率P_PCS；

所述根据所述历史有功功率计算电站的非储能功率，具体为：

其中，P_EG为电站的非储能功率。