新能源风光发电预测技术的发展及应用研究

齐苏伟 侯伟军 内蒙古华电新能源分公司

我国已经赶超了大部分国家成为世界上第二大能源消费国。随着我国能源发电战略的不断调整，新能源发电将逐渐取代传统的火力发电模式成为今后发电市场上的主力军。新能源发电技术的不断创新与完善，使我国的二氧化碳排放量大幅下降、空气质量稳步提高。但是，由于风力发电的不稳定特性对我国电网安全有着较大的威胁。因此准确地预测风光发电的出电规律，对保护我国发电基础设施的重要性非常大。

一、风光发电的特性及预测过程

（一）风光发电的特性

由于风能、光能是人类不可控制的，因此风光发电具有随机性、波动性以及不确定性。以上三种特性容易给电网安全运行带来影响，因此不断提高风光发电预测技术成为风光发电技术中首要解决的问题。

（二）风光预测的基本过程

风光预测的主要手段是建立预测模型，并与基本算法相结合就能准确的测出。但是预测模型的建立需要使用过去收集的历史数据，准确足量的历史数据是构建预测模型的重要步骤之一。其次，加工整理出以往收集的风光发电资料。第三步骤是使用归一化、平稳化的方法对数据进行预处理，出现缺失数据时使用插值法进行处理。第四步，通过已处理过的数据构建科学的预测模型。第五步，不断根据影响因素调整预测模型，最终确定预测值。

二、风光发电预测技术的方法

风光发电出电量的预测方法大致分为5个种类，这5种预测方法采取的预测手段、研究因素等因素进行分类。由于预测过程比较复杂，涉及的领域也比较多，因此风光预测的分类也较为模糊复杂。本文主要介绍其中3种方法，以便读者能够快速了解风光发电预测的相关技术知识。

（一）按照预测模型原理分类

前文中简单讲述了风光发电预测中建立模型的方法，并且特别强调了历史数据是建立预测模型的主要依据。简单来说，建立预测模型就是一种“找规律的笨方法”。通过对数据使用不同的分析、归类、处理方法而得到一种规律的方式，就叫预测模型预测法。由于对历史数据的处理方式不同，得出了统计方法、物理方法、组合预测法等大约3种预测模型（也叫预测规律）。

1.统计预测法

使用统计预测模型对风光发电的预测的优点是：只需较为准确的历史运行数据，不需要其他物理、地理、气候等因素参与研究。因此统计预测方法这种方式相对简单，但是正因为使用了大量的历史运行数据，导致了误差的出现，需要不断地修正预测模型。

2.物理预测法

物理方法，顾名思义是采用物理方法针对历史运行数据中的物理量进行分析得出的一种模型。此方法的难点在于对物理因素的感测要准确，所以需要大量的使用气象预测设备。因此，如果使用物理方法进行预测的话需要投入大量的资金。优势是只要预测设备到位，即可建立出预测模型。

3.组合预算法

组合预算法是统计法和物理预测法相结合产生的光电预测方法。由于组合预算法中需要考虑的因素较多，因此根据研究因素的侧重点不同可以得到多种不同的预测模型。组合预算法相较于统计法出现误差的概率较小、预测准确度较高，相较于单一的物理预算法又可以减少资金的投入。因此，组合预算法成为重点研究发展的预测技术方向之一。

（二）按照预测对象分类

此类预测方法可以分为直接预测和间接预测。直接预测和间接预测的区别在于直接预测是建立模型预测的，而间接预测是根据得到的现行数据进行公式计算并得出预测[1]。

（三）按照是否采用NWP分类

“NWP”是数值天气预报的英文简写，由此可以看出NWP预测是指将大气因素（气温，气压等因素）带入到与天气演变过程中的方程式进行求解的过程。通过大量的计算来推测未来较长时间的天气状况。但是，NWP预测方式的局限性在于需要与超级计算机相配合计算，且模型复杂。

三、风光发电预测技术的发展及应用

（一）组合预算法的发展

组合预算法是目前我国风光发电预测技术中重点发展的一类预测方法，其优势在于通过对数据进行多种方式的处理，使组合预算法的误差变小、准确率提高。并且，相较于其他预测方法，组合预算法还有能够更加深入研究的空间[2]。

（二）NWP预测方法的发展

NWP风光出力预测由于所需的气象数据较多，研究气象方向较广。因此，NWP预测方法可以根据当时所需的气象因素直接预测。无须再进行各种历史运行数据的统计与研究，此技术目前普遍适用于新建风光发电站的出电预测。NWP预测的主要方法是收集NWP气象数据以及塔台提供的观测数据，再根据电脑上的地理参数进行粗糙度、地形的变换，最后形成尾流模型预测风速。简而言之，就是结合当地地理位置将未来2天内预测到的大气数据进行科学的削弱推测，最后得到转换成电能的风力预测。

（三）模式识别预测法

模式识别预测法是指通过与预测因素、参数以及各变量一直间的变化关系中的纽带--即“特征值”作为一种参考进行推测。由于模式识别预测法善于提取各变量之间的特征的特性，从而被广泛地应用。模式识别预测法可以提取光照的特征参数建立其相对应的天气模型，并可以根据实际的数据反过来验证自身建立的模型是否准确。

四、结论

由文本可以看出，风光发电的预测技术目前还处于边使用边探索的阶段。我国对于由风光发电所组成的新能源发电行业的发展给予了大力的支持。各地区也根据自身区域优势，建造了多个利国利民的风光发电站。新能源的有效利用，关乎着我国的发展进程，也是未来科技发展的重要方向之一。