光伏功率预测系统在某光伏电站的应用

　1 光伏发电功率预测的目的和意义

　　光伏发电具有波动性和间歇性，大规模光伏电站并网运行可能对电力系统的安全稳定经济运行造成影响。对光伏电站的输出功率进行预测有助于电力系统调度部门统筹安排常规能源和光伏发电的协调配合，及时调整调度计划，合理安排电网运行方式，一方面有效地降低光伏接入对电网的影响，提高电网运行的安全性和稳定性，另一方面减少电力系统的旋转备用和运行成本，以充分利用太阳能资源，获得更大的经济效益和社会效益。

　　2项目概况

　　该光伏电站位于青海省德令哈市境内，平均海拔高度2980米，该项目规模为10MW，已于2012年初并网发电。

　　由东润环能（北京）科技有限公司提供的光伏功率预测系统于2011年12月投入运行，现运行稳定，预测精度达到国际先进水平，短期预测月均方根误差小于12%，远远满足国家和西北电网对光伏功率预测精度的要求，验收时受到业主和专家的一致好评。

　　3系统功能

　　该系统具备短期预测及超短期预测功能，短期预测能够实现光伏电站次日0时至72时的光伏输出功率预测，时间分辨率为15分钟。超短期预测能够实现光伏电站未来0-4小时的输出功率的滚动预测。

　　预测系统分为实时状态监测、曲线展示、气象信息展示、报表统计、系统管理共五个应用模块，每个应用模块又根据应用包含了若干个具体操作的子模块。

　　3.1实时状态监测

　　实时状态监测模块是以地图形式展示光伏电站的地理分布，并采用实时更新的方式对光伏电站的预测功率、实际功率进行展示，页面的刷新周期根据光伏电站实时功率的接口更新时间而定，一般为1-5分钟更新一次。将鼠标放置在光伏电站所在位置上，会弹出该电站的功率信息，如预测功率，实时功率和装机容量。如图1所示：

　　图1光伏功率地图展示界面

　　3.2曲线展示

　　曲线模块下包含了4个子模块，即短期光伏电站日曲线、周曲线展示和超短期光伏电站日曲线、周曲线展示。

　　3.2.1短期光伏电站日曲线展示

　　点击“曲线展示”菜单下的“短期光伏电站日曲线展示”链接，会进入短期预测日曲线展示列表页面。其中“日曲线”横坐标为时间序列，15分钟一个点，每天96点；纵坐标为功率，单位为兆瓦（MW）。用户可在页面上通过日期控件选择任何想查看的日期，点击“提交”按钮，即可显示相应的信息。页面提供导出功能，点击右上角“导出”按钮可用EXCEL和CSV两种格式将结果导出到本地。如图2所示：

　　图2短期光伏电站日曲线展示界面

　　3.2.2短期光伏电站周曲线展示

　　点击“曲线展示”菜单下的“短期光伏电站周曲线展示”链接，会进入短期预测周曲线展示列表页面。在周曲线页面，会展示某个光伏电站在所选日期之后一周的功率曲线，并提供导出功能将功率数据导出。其中“周曲线”横坐标为时间序列，15分钟一个点，每天96点；纵坐标为功率，单位为兆瓦（MW）。曲线展示内容分为“预测功率曲线”、“实际功率曲线”，绿色曲线代表预测曲线，红色曲线代表实际功率曲线，用户可在页面上通过日期控件选择任何想查看的日期，当选择好各种想查看的条件后，点击“提交”按钮，即可显示相应的信息。

　3.2.3超短期光伏电站日曲线展示

　　点击“曲线展示”菜单下的“超短期光伏电站日曲线展示”链接，会进入超短期预测日曲线展示页面。其中“日曲线”横坐标为时间序列，15分钟一个点，每天96点；纵坐标为功率，单位为兆瓦（MW）。用户可在页面上通过日期控件选择任何想查看的日期，点击“提交”按钮，即可显示相应的信息。页面提供导出功能，点击右上角“导出”按钮可用EXCEL和CSV两种格式将结果导出到本地。如图3所示：

　　图3超短期光伏电站日曲线展示界面

　　3.2.4超短期光伏电站周曲线展示

　　点击“曲线展示”菜单下的“超短期光伏电站周曲线展示”链接，会进入超短期预测周曲线展示列表页面。在周曲线页面，会展示某个光伏电站在所选日期之后一周的超短期功率曲线，并提供导出功能将功率数据导出。

　 [p] 　3.3气象信息展示

　　气象信息展示模块包含风速曲线展示、风玫瑰图展示、风廓线展示、辐照强度曲线展示、云量曲线展示、气温曲线展示六个子模块。

　　3.3.1辐照强度曲线展示

　　在气象信息展示模块下拉菜单中点击“风速曲线展示”，用户选择日期后，点击“提交”可查看该电站在某日的光辐强度曲线，并提供导出功能。该模块会展示出该电站在某日的各层高风速曲线，共计四个层高：10米，30米，10米，170米。

　　3.3.2风玫瑰图展示

　　在风玫瑰图展示页面，用户选取时间段和指定层高后，点击“提交”按钮，便可查看该电站的某层高在指定时间段内的玫瑰图表。

　　3.3.3风廓线展示

　　在风廓线展示页面，选择时间段后，点击“提交”按钮，可查看该光伏电站的风廓线曲线图

　　3.3.4辐照强度曲线展示

　　在辐照强度展示页面，用户选择日期后，点击“提交”可查看该电站在某日的光辐强度曲线，并提供导出功能。

　　3.3.5云量曲线展示

　　在云量曲线展示页面，用户选择日期后，点击“提交”可查看该电站在某日的云量曲线，并提供导出功能。

　　3.3.6气温曲线展示

　　在气温曲线展示页面，用户选择日期后，点击“提交”可查看该电站在某日的云量曲线，并提供导出功能。

　　3.4报表统计模块

　　报表统计模块只包含上报曲线导出、光伏短期预测指标统计、限记录查询及导出、预测实际功率导出四个子模块，即光伏电站短期预测指标统计。

　　3.4.1上报曲线导出

　　通过导航可进入此子模块，在上报曲线导出页面，选择日期后，点击“提交”会展示出第二天的上报预测曲线。在上报曲线页面，提供导出功能。

　　在上报曲线展示页面，可修改上报的预测值。用户有两种方法修改，一是修改页面右侧表格中某时刻的预测值，修改后，左侧图中的曲线会按照修改后的值做出相应变化；二是用鼠标拖曳左侧图中的曲线，修改后，右侧表格中对应时刻的值会做出相应修改。修改成功后，点击左侧图中右下角的“确认修改”来完成上报曲线预测值的更新，否则点击“取消”按钮来撤销修改。如图4所示

　　图4上报曲线展示

　3.4.2光伏短期预测指标统计

　　此模块的功能为依据指定时间段内的预测值和实际功率值做出的统计。统计指标包括：相关性系统，平均绝对误差，均方根误差和误差小于20%所占的比例。

　　a） 均方根误差（RMSE）：

　　b） 平均绝对误差（MAE）：

　　—ｉ时段的实际平均功率；

　　—ｉ时段的预测功率；

　　—所有样本实际功率的平均值；

　　—所有预测功率样本的平均值；

　　－光伏电站的额定装机容量；

　　—ｉ时段的开机总容量；

　　－所有样本个数。

　　3.4.3限电记录查询及导出

　　用户在“限电记录查询”页面，选择时间段后提交，系统会查找出在该时间段内所有光伏电站的限电记录信息，并提供数据导出功能。

　　3.4.4预测实际功率导出

　　在预测实际功率导出页面，选择要导出的数据类型：预测功率导出，实际功率导出和预测实际功率导出，选择时间段后，点击“导出”按钮导出功率数据。

　　3.5系统管理

　　系统管理模块包含用户管理、光伏电站装机容量设置、预测开机容量设置、光伏限电设置、光伏电站管理、运行监控信息、用户操作日志、数据库导出、Tomcat日志下载和系统更新十个子模块。

　　3.5.1用户管理

　　在该子模块超级管理员用户（一般系统会自动初始化一个）可以增加新的用户和对原来的用户进行编辑、删除和密码修改等操作，目前系统提供两种用户：超级管理员具有所有模块的使用功能；普通浏览用户可以浏览，不具有系统管理模块的使用权限。

　　3.5.2光伏电站装机容量设置

　　在该子模块，用户可以根据实际情况对预测系统中所有光伏组件的装机容量进行修改，提交之后，预测系统将按照新的装机容量对光伏电站进行预测，在没有填报第二天开机容量的情况下，系统会以该电站的装机容量为默认开机容量进行预测，因此修改装机容量对预测系统影响很大，需按照实际情况进行修改。

　　3.5.3预测开机容量设置

　　在该子模块，用户根据实际情况设置未来一天的光伏电站开机情况，这里只需要填写某电站未来一天的总开机容量，提交之后，预测系统将根据用户填报的开机容量进行预测，如果不填，预测系统会按照默认全部开机的情况进行预测。

　　3.5.4光伏限电设置

　　在该子模块的页面，管理员可以设置一段时间内调度限电记录，新增或者删除限电记录。

　　3.5.5光伏电站管理

　　点击“系统管理”菜单下的“光伏电站管理”进入光伏电站列表界面，点击“编辑”进入编辑电站界面，在电站编辑界面，修改该电站的基本信息。

　　3.5.6运行监控信息

　　点击“系统管理”菜单下的“运行监控信息”，进入监控信息查看页面，在该界面选择监控信息的查询条件，查询符合条件的监控信息。监控信息展示的是系统运行过程中的运行日志。

　　3.5.7用户操作日志

　　点击“系统管理”菜单下的“用户操作日志信息”，进入用户操作日志页面，在该界面选择查询条件，查询符合条件的用户操作日志。界面提供导出功能，能够导出用户操作日志。

　　3.5.8数据库导出

　　点击“系统管理”菜单下的“数据库导出”，进入导出界面，可将系统的数据库整体导出至本地，以便系统备份与维护。

　　3.5.9服务器日志下载

　　当系统出现问题，电站管理人员可以下载tomcat服务器的日志信息，方便系统开发人员找到问题所在，解决系统问题。

　　3.5.10系统更新

　　点击“系统管理”菜单下的“系统更新”，进入系统更新界面。在该界面，用户可以上传系统程序包来更新预测系统，系统包的格式为war文件格式。由我方提供更新包，然后由地方工作人员将更新包在此上传，即可完成预测系统的更新。

　　4总结

　　光伏发电功率预测系统基于以上功能模块设计，实现了对光伏电站的输出功率进行预测的功能。系统具有界面友好、操作方便、预测精度优良等优点，在满足光伏并网要求的同时，为光伏电站的科学有效管理提供了可靠的依据，是一款值得在光伏电站推广的功率预测产品。