1、 ICS分类号：备案号：中华人民共和国能源行业标准NB/ 风电功率预测系统功能规范Function specification of wind power forecasting system（送审稿）20 - - 发布 20 - - 实施国 家 能 源 局 发 布NB I目 次前 言 .II1 范围 12 规范性引用文件 13 术语和定义 14 预测建模数据准备 25 数据采集与处理 36 预测功能要求 57 统计分析 58 界面要求 69 安全防护要求 710 数据输出 711 性能指标 7附录 A（资料性附录） 风电场运行参数统计方法 .8附录 B（资料性附录） 误差计算方法 .9DL/
2、 II前 言 本标准由中国电力企业联合会提出。本标准由能源行业风电标准化技术委员会并网管理技术组归口。本标准主要起草单位：中国电力科学研究院、国家电力调度通信中心、吉林省电力有限公司。本标准主要起草人：刘纯、裴哲义、王勃、董存、冯双磊、范高锋、石永刚、范国英、郭雷。NB 1风电功率预测系统功能规范1 范围本标准规定了风电功率预测系统的功能，主要包括术语和定义、预测建模数据准备、数据采集与处理、预测功能要求、统计分析、界面要求、安全防护要求、数据输出及性能要求等。本标准适用于电网调度机构和风电场风电功率预测系统的建设，系统的研发、验收和运行可参照使用。2 规范性引用文件下列文件对于本标准的应用是
3、必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本标准。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本标准。GB/T 19963-2011 风电场接入电力系统技术规定电监安全200634 号 电力二次系统安全防护总体方案电监会 5 号令 电力二次系统安全防护规定3 术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1风电场 wind farm 由一批风电机组或风电机组群（包括机组单元变压器）、汇集线路、主升压变压器及其他设备组成的发电站。3.2数值天气预报 numerical weather prediction根据大气实际情况，在一定的初值和边值条件下，通过大型计算机作数值计算
4、，求解描写天气演变过程的流体力学和热力学方程组，预测未来一定时段的大气运动状态和天气现象的方法。3.3风电功率预测 wind power forecasting以风电场的历史功率、历史风速、地形地貌、数值天气预报、风电机组运行状态等数据建立风电场输出功率的预测模型，以风速、功率或数值天气预报数据作为模型的输入，结合风电场机组的设备状态及运行工况，预测风电场未来的有功功率。3.4短期风电功率预测 short-term wind power forecastingDL/ 2预测风电场次日零时起 3 天的有功功率，时间分辨率为 15min。3.5超短期风电功率预测 ultra-short-term
5、wind power forecasting预测风电场未来 0-4h 的有功功率，时间分辨率不小于 15min。3.6风电功率预测系统 wind power forecasting system可分为场站端功率预测系统和调度端功率预测系统，一般包括数据采集单元、处理单元、存储单元、运算单元，可实现对单个或多个风电场未来一段时间内的输出功率进行预测并进行展示、统计、分析的系统。3.7粗糙度 roughness贴近地面平均风速为零处的高度。3.8置信度 confidence degree总体参数值落在样本统计值某一区内的概率。3.9利用小时数 utilization hours统计时段内风电场实际
6、发电量折算到全部并网风机满负荷运行条件下的发电小时数。3.10风电有效发电时间 effective wind power generation time单个或多个风电场有功功率大于零的时间，单位为小时。3.11风电同时率 wind power simultaneity factor单个或多个风电场有功功率与额定容量的比率。4 预测建模数据准备4.1 风电场历史功率数据a) 投运时间不足 1 年的风电场应包括投运后的所有历史功率数据，时间分辨率不小于 5min；b) 投运时间超过 1 年的风电场的历史功率数据应不少于 1 年，时间分辨率应不小于 5min。4.2 历史测风塔数据a) 测风塔位置宜
7、在风电场 5km 范围内；NB 3b) 宜包括 10m、70m 及以上高程的风速和风向以及气温、气压等信息；c) 应为最近两年内的数据，长度应不少于 1 年； d) 数据的时间分辨率应不小于 10min。4.3 风电机组信息风电机组信息应包括机组类型，每类风电机组的单机容量、轮毂高度、叶轮直径、功率曲线、推力系数曲线，每台机组的首次并网时间、风机位置（经、纬度）、海拔高度等。4.4 风电机组/风电场运行状态记录风电机组/风电场运行状态数据应包括风电机组故障及人为停机记录或风电场开机容量和限电记录，所有状态记录数据应同时包含对应的起始时间。4.5 地形和粗糙度数据4.5.1 地 形 数 据 应
8、包 括 对 风 电 场 区 域 外 10km 范 围 内 地 势 变 化 的 描 述 ， 格 式 宜 为 CAD 文 件 ， 比 例 尺宜 不 小 于 1:5000。4.5.2 粗 糙 度 数 据 应 通 过 实 地 勘 测 或 卫 星 地 图 获 取 ， 包 括 对 风 电 场 所 处 区 域 外 20km 范 围 内 地 表 （ 包括 陆 面 、 植 被 和 水 面 ） 粗 糙 度 的 描 述 。5 数据采集与处理5.1 数据采集范围数据采集至少应包括数值天气预报数据、测风塔实时测风数据、风电场实时功率数据和机组状态数据。5.2 数据采集要求5.2.1 所 有 数 据 的 采 集 应 能
9、自 动 完 成 ， 并 能 通 过 手 动 方 式 补 充 录 入 。5.2.2 测 风 塔 实 时 测 风 数 据 时 间 延 迟 应 不 大 于 5min， 其 余 实 时 数 据 的 时 间 延 迟 应 不 大 于 1min。5.2.3 数 值 天 气 预 报 数 据 应 满 足 以 下 要 求 ：a) 应至少包括次日零时起未来 3 天的数值天气预报数据，时间分辨率为 15min；b) 数据应包括至少三个不同层高的风速、风向及气温、气压、湿度等参数；c) 宜每日提供多次数值天气预报数据。5.2.4 风 电 功 率 预 测 系 统 所 用 的 测 风 塔 实 时 测 风 数 据 应 满 足
10、 以 下 要 求 ：a) 测风塔至风电功率预测系统的实时测风数据传送时间间隔应不大于 5min；b) 测风塔宜在风电场外 15km 范围内且不受风电场尾流效应影响，宜在风电场主导风向的上风向，位置应具有代表性；c) 采集量应至少包括 10m、 70m 及轮毂高度的风速和风向以及气温、气压等信息，宜包括瞬时值和 5min 平均值；DL/ 4d) 调度端风电功率预测系统所用的测风数据应通过电力调度数据网由风电场上传；e) 风电场的测风塔至场站端预测系统的数据传输应采用可靠的无线传输或光纤传输等方式；f) 测风塔数据可用率应大于 99%。5.2.5 风 电 场 实 时 功 率 数 据 的 采 集 周
11、 期 应 不 大 于 1min， 其 中 ：a) 调度端风电功率预测系统的实时功率数据应取自所在安全区的基础数据平台；b) 场站端风电功率预测系统的实时功率数据应取自风电场升压站计算机监控系统。5.2.6 风 电 机 组 状 态 数 据 的 采 集 周 期 应 不 大 于 15min， 应 通 过 电 力 调 度 数 据 网 由 风 电 场 计 算 机 监 控系 统 上 传 。5.3 数据的处理5.3.1 所 有 数 据 存 入 数 据 库 前 应 进 行 完 整 性 及 合 理 性 检 验 ， 并 对 缺 测 和 异 常 数 据 进 行 补 充 和 修 正 。5.3.2 数 据 完 整 性
12、检 验 应 满 足 ：a) 数据的数量应等于预期记录的数据数量；b) 数据的时间顺序应符合预期的开始、结束时间，中间应连续。5.3.3 数 据 合 理 性 检 验 应 满 足 ：a) 对功率、数值天气预报、测风塔等数据进行越限检验，可手动设置限值范围；b) 对功率的变化率进行检验，可手动设置变化率限值；c) 对功率的均值及标准差进行检验；d) 对测风塔不同层高数据进行相关性检验；e) 根据测风数据与功率数据的关系对数据进行相关性检验。5.3.4 缺 测 和 异 常 数 据 应 按 下 列 要 求 处 理 ：a) 以前一时刻的功率数据补全缺测的功率数据；b) 以装机容量替代大于装机容量的功率数据
13、；c) 以零替代小于零的功率数据；d) 以前一时刻功率替代异常的功率数据；e) 测风塔缺测及不合理数据以其余层高数据根据相关性原理进行修正；不具备修正条件的以前一时刻数据替代；f) 数值天气预报缺测及不合理数据以前一时刻数据替代；g) 所有经过修正的数据以特殊标示记录；h) 所有缺测和异常数据均可由人工补录或修正。5.4 数据的存储数据的存储应符合下列要求：a) 存储系统运行期间所有时刻的数值天气预报数据；b) 存储系统运行期间所有时刻的功率数据、测风塔数据，并将其转化为 15min 平均数据；NB 5c) 存储每次执行的短期风电功率预测的所有预测结果；d) 存储每 15min 滚动执行的超短
14、期风电功率预测的所有预测结果；e) 预测曲线经过人工修正后存储修正前后的所有预测结果；f) 所有数据至少保存 10 年。6 预测功能要求6.1 总体要求应根据风电场所处地理位置的气候特征和风电场历史数据情况，采用适当的预测方法构建特定的预测模型进行风电场的功率预测。根据预测时间尺度的不同和实际应用的具体需求，宜采用多种方法及模型，形成最优预测策略。6.2 预测的空间要求6.2.1 预 测 的 基 本 单 位 为 单 个 风 电 场 。6.2.2 风 电 场 的 风 电 功 率 预 测 系 统 应 能 预 测 本 风 电 场 的 输 出 功 率 。6.2.3 电 网 调 度 机 构 的 风 电
15、功 率 预 测 系 统 应 能 预 测 单 个 风 电 场 至 整 个 调 度 管 辖 区 域 的 风 电 输 出 功 率 。6.3 预测的时间要求6.3.1 短 期 风 电 功 率 预 测 应 能 预 测 次 日 零 时 起 3 天 的 风 电 输 出 功 率 ， 时 间 分 辨 率 为 15min。6.3.2 超 短 期 风 电 功 率 预 测 应 能 预 测 未 来 0-4h 的 风 电 输 出 功 率 ， 时 间 分 辨 率 不 小 于 15min。6.4 预测执行方式6.4.1 短 期 风 电 功 率 预 测 应 能 够 设 置 每 日 预 测 的 启 动 时 间 及 次 数 。6.
16、4.2 短 期 风 电 功 率 预 测 应 支 持 自 动 启 动 预 测 和 手 动 启 动 预 测 。6.4.3 超 短 期 风 电 功 率 预 测 应 每 15min 自 动 执 行 一 次 。6.5 其他要求6.5.1 应 支 持 设 备 故 障 、 检 修 等 出 力 受 限 情 况 下 的 功 率 预 测 。6.5.2 应 支 持 风 电 场 扩 建 情 况 下 的 功 率 预 测 。6.5.3 应 支 持 多 源 数 值 天 气 预 报 数 据 的 集 合 预 报 。6.5.4 应 能 对 风 电 功 率 预 测 曲 线 进 行 修 正 。6.5.5 应 能 对 预 测 曲 线
17、进 行 误 差 估 计 ， 预 测 给 定 置 信 度 的 误 差 范 围 。7 统计分析7.1 数据统计数据统计应符合以下要求：DL/ 6a) 参与统计数据的时间范围应能任意选定；b) 历史功率数据统计应包括数据完整性统计、分布特性统计、变化率统计等；c) 历史测风数据、数值天气预报数据统计应包括完整性统计、风速分布统计、风向分布统计等；d) 风电场运行参数统计应包括发电量、风电有效发电时间、最大出力及其发生时间、风电同时率、利用小时数及平均负荷率等参数的统计，并支持自动生成报表，各参数的计算方法参见附录 A。7.2 相关性分析应能对历史功率数据、测风数据和数值天气预报数据进行相关性统计，分
18、析数据的不确定性可能引入的误差。7.3 误差统计误 差 统 计 应 符 合 以 下 要 求 ：a) 应能对任意时间区间的预测结果进行误差统计；b) 应能对多个预测结果分别进行误差统计；c) 误差统计指标至少应包括均方根误差、平均绝对误差、相关性系数、最大预测误差等，各指标的计算方法参见附录 B。8 界面要求8.1 展示界面8.1.1 应 支 持 单 个 或 多 个 风 电 场 实 时 出 力 监 视 ， 以 地 图 的 形 式 显 示 ， 包 括 风 电 场 的 分 布 、 风 电 场 的实 时 功 率 及 预 测 功 率 。8.1.2 应 支 持 单 个 或 多 个 风 电 场 出 力 的
19、曲 线 展 示 ， 宜 同 时 显 示 系 统 预 测 曲 线 、 实 际 功 率 曲 线 及 预 测 误差 带 ； 调 度 端 风 电 功 率 预 测 系 统 还 应 能 够 同 时 显 示 风 电 场 上 报 预 测 曲 线 。 实 际 功 率 曲 线 应 实 时 更 新 。8.1.3 应 支 持 不 同 预 测 结 果 的 同 步 显 示 。8.1.4 应 支 持 数 值 天 气 预 报 数 据 、 测 风 塔 数 据 、 实 际 功 率 、 预 测 功 率 的 对 比 ， 提 供 图 形 、 表 格 等 多 种可 视 化 手 段 。8.1.5 应 支 持 时 间 序 列 图 、 风 向
20、 玫 瑰 图 、 风 廓 线 以 及 气 温 、 气 压 、 湿 度 变 化 曲 线 等 气 象 图 表 展 示 。8.1.6 应 支 持 统 计 分 析 数 据 的 展 示 。8.1.7 监 视 数 据 更 新 周 期 应 不 大 于 5min。8.2 操作界面8.2.1 应 具 备 开 机 容 量 设 置 、 调 度 控 制 设 置 及 查 询 页 面 。8.2.2 应 支 持 异 常 数 据 定 义 设 置 ， 支 持 异 常 数 据 以 特 殊 标 识 显 示 。NB 78.2.3 应 支 持 预 测 曲 线 的 人 工 修 改 。8.2.4 应 具 备 系 统 用 户 管 理 页 面
21、 ， 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 。8.2.5 应 支 持 风 电 场 基 本 信 息 的 查 询 。8.3 其他要求8.3.1 应 具 备 数 据 下 载 、 传 输 、 处 理 、 计 算 等 不 同 环 节 运 行 状 态 监 视 页 面 ， 实 时 显 示 系 统 运 行 状 态 。8.3.2 所 有 的 表 格 、 曲 线 应 同 时 支 持 打 印 输 出 和 电 子 表 格 输 出 。9 安全防护要求9.1 风 电 功 率 预 测 系
22、统 应 满 足 电 力 二 次 系 统 安 全 防 护 规 定 的 要 求 。9.2 调 度 端 和 场 站 端 的 风 电 功 率 预 测 系 统 均 应 运 行 于 电 力 二 次 系 统 安 全 区 。10 数 据 输 出10.1 调 度 端 风 电 功 率 预 测 系 统 应 每 日 至 少 提 供 一 次 次 日 96 点 单 个 风 电 场 和 区 域 风 电 功 率 预 测 数 据 ，时 间 分 辨 率 为 15min； 每 15min 提 供 一 次 未 来 0-4h 风 电 功 率 预 测 数 据 ， 预 测 值 的 时 间 分 辨 率 不 小 于15min。10.2 场 站
23、 端 风 电 功 率 预 测 系 统 应 根 据 电 力 调 度 机 构 的 要 求 向 调 度 端 风 电 功 率 预 测 系 统 上 报 预 测 数 据 ，每 日 至 少 上 报 一 次 次 日 96 点 风 电 功 率 预 测 数 据 ， 时 间 分 辨 率 为 15min； 每 15min 上 报 一 次 未 来 0-4h 超 短 期 预 测 数 据 ， 预 测 值 的 时 间 分 辨 率 不 小 于 15min。10.3 场 站 端 风 电 功 率 预 测 系 统 向 电 力 调 度 部 门 上 报 短 期 风 电 功 率 预 测 数 据 的 同 时 ， 应 上 报 与 预 测数 据
24、 相 同 时 段 、 相 同 时 间 分 辨 率 的 风 电 场 预 计 开 机 容 量 。10.4 场 站 端 风 电 功 率 预 测 系 统 应 能 够 向 调 度 端 风 电 功 率 预 测 系 统 实 时 上 传 风 电 机 组 运 行 状 态 数 据 ，时 间 分 辨 率 不 小 于 15min；10.5 场 站 端 风 电 功 率 预 测 系 统 应 能 够 向 调 度 端 风 电 功 率 预 测 系 统 实 时 上 传 风 电 场 测 风 塔 的 测 风 数 据 ，时 间 分 辨 率 不 小 于 5min。11 性能指标11.1 调 度 端 风 电 功 率 预 测 系 统 应 至
25、 少 可 扩 容 至 200 个 风 电 场 。11.2 风 电 功 率 预 测 单 次 计 算 时 间 应 小 于 5min。11.3 单 个 风 电 场 非 限 电 时 段 的 短 期 预 测 月 均 方 根 误 差 应 小 于 20%， 超 短 期 预 测 第 4h 预 测 月 均 方 根误 差 应 小 于 15%。11.4 风 电 功 率 预 测 系 统 服 务 器 的 平 均 无 故 障 时 间 （ MTBF） 应 大 于 100000h。11.5 系 统 月 可 用 率 应 大 于 99%。DL/ 8附 录 A（资料性附录）风电场运行参数统计方法A.1 风电同时率（WPSF）（A.1）MiiPSFCapA.2 平均负荷率（ALC）（A.2）1maxnMiiALPNB 9附 录 B（资料性附录）误 差 计 算 方 法B.1 均方根误差（RMSE） 21nMiPiiRSECap（B.1）B.2 平均绝对误差（MAE） 1nMiPiiA（B.2）B.3 相关性系数（r） 1221nMPiii ni ii irP（B.3）B.4 最大预测误差（ max）（B.4）maxMiPi式中： MiP i 时刻的实际功率；i i 时刻的预测功率；M 所有样本实际功率的平均值；P 所有预测功率样本的平均值；Cap 风电场的开机总容量；n 所有样本个数。
