西北地區(qū)遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，棄風(fēng)限電情況較為嚴(yán)重，風(fēng)光功率預(yù)報準(zhǔn)確度對電網(wǎng)調(diào)配省內(nèi)發(fā)電能力，跨區(qū)現(xiàn)貨交易，降低棄風(fēng)棄光率至關(guān)重要，因此國家能源局各區(qū)能監(jiān)辦發(fā)布雙細(xì)則，考核日前功率預(yù)報準(zhǔn)確率。然而，由于氣候、觀測條件、技術(shù)等等因素，西北地區(qū)整體功率預(yù)報準(zhǔn)確度偏低，以單位千瓦考核罰款最嚴(yán)重的甘肅為例，截至2018年上半年，考核金額就已超過6600萬元。
全國各地區(qū)平均功率預(yù)測準(zhǔn)確度及考核罰款地圖
2017年，遠(yuǎn)景孔明風(fēng)功率預(yù)報系統(tǒng)首次進(jìn)入甘肅市場，短短一年的發(fā)展后，市場占有率達(dá)到甘肅省第一位。據(jù)統(tǒng)計，各風(fēng)場在切換到孔明風(fēng)功率預(yù)測后，平均準(zhǔn)確率提升6.06%，在甘肅省內(nèi)準(zhǔn)確度排名提升28名。在甘肅電網(wǎng)最新發(fā)布的全省十大友好型風(fēng)場中，遠(yuǎn)景孔明預(yù)報風(fēng)場占居6席。
按電網(wǎng)每月公開發(fā)布各風(fēng)場與準(zhǔn)確率文件：
在瓜州地區(qū)，各風(fēng)場切換孔明前3個月，平均月考核罰款13.6萬元,切換后8個月平均月考核罰款10.4萬元,降低23.5%，共計節(jié)省罰款超過150萬元。
以750kV敦煌變下某風(fēng)場為例，風(fēng)場裝機(jī)容量201MW，替換孔明功率預(yù)測系統(tǒng)前功率預(yù)測的準(zhǔn)確率僅有72.30%，排名全省倒數(shù)，每月均為滿考核20萬元，年考核金額240萬元。替換孔明功率預(yù)測系統(tǒng)后，功率預(yù)測精度達(dá)到82.06%，月考核分降低至58分，罰款金額為5.8萬，預(yù)計全年節(jié)省罰款在70%以上。
在隴東地區(qū)，各風(fēng)場切換孔明前5個月，平均月考核為滿考核，考核原表57.6萬元/月,切換后降至滿考核以下，平均月考核罰款27.5萬元,降低超過100%。
以330kV木缽變下某風(fēng)場為例，裝機(jī)容量為400MW，在替換孔明功率預(yù)測系統(tǒng)前，整個風(fēng)場功率預(yù)測精度只有78%左右，每月均為滿考核40萬元，全年罰款超過420萬。替換了孔明功率預(yù)測系統(tǒng)后，功率預(yù)測精度提升到88.93%，月節(jié)省罰款超過17萬元。
在民勤地區(qū)，各風(fēng)場切換孔明前3個月，平均月考核罰款25萬元,切換后3個月月平均罰款15.4萬元，平均全年預(yù)計節(jié)省超過240萬元。
以750kV河西變下某風(fēng)場為例，2017年，該風(fēng)場功率預(yù)測精度平均只有74%左右，每個月均為滿考核40萬元，全年罰款逾400萬元。部署遠(yuǎn)景孔明風(fēng)功率預(yù)測產(chǎn)品后，根據(jù)甘肅電網(wǎng)發(fā)布的考核文件，準(zhǔn)確率提升8%，全年可累計節(jié)省罰款超過200萬元。
此外，孔明光功率預(yù)報系統(tǒng)也在甘肅地區(qū)實現(xiàn)了連續(xù)十個月無準(zhǔn)確度考核罰款。
氣象預(yù)報誤差是影響功率預(yù)報準(zhǔn)確度最大的因素。
遠(yuǎn)景采購全球最領(lǐng)先七大國家與商業(yè)氣象機(jī)構(gòu)的氣象預(yù)報數(shù)據(jù)，但不幸發(fā)現(xiàn)各大氣象機(jī)構(gòu)的日前風(fēng)速預(yù)報偏差均在2.5m/s以上，西北地區(qū)更是高達(dá)2.9m/s以上，風(fēng)機(jī)輸出功率誤差能超一倍多，直接導(dǎo)致了西北地區(qū)的低準(zhǔn)確度。而風(fēng)速預(yù)報的誤差如果每降低0.1m/s，功率預(yù)測精度能夠提升1%。
2.5m/s風(fēng)速誤差，對一臺風(fēng)機(jī)意味著50%的出力誤差
西北地區(qū)氣象預(yù)報準(zhǔn)確度低、難度大主要出于以下原因：
1.?? 西北區(qū)域氣象觀測站稀疏，單位平方公里氣象觀測站數(shù)量僅為東部區(qū)域1/5，氣象觀測數(shù)據(jù)的覆蓋面積小，模型分析缺少有效輸入。
2.?? 西北地區(qū)幅員遼闊，多種地形并存，且長期以來都不是氣象研究的重點區(qū)域，因此氣象特征的識別缺少技術(shù)積累。
3.?? 西北地區(qū)處于干旱半干旱地區(qū)，晝夜溫差大，白天的熱對流和夜間的輻射降溫物理過程迥異，容易出現(xiàn)小尺度強(qiáng)陣風(fēng)現(xiàn)象，難以被中尺度模式捕捉到，是模式預(yù)報的難點之一。
4.?? 季節(jié)轉(zhuǎn)換期間，冷暖空氣轉(zhuǎn)換頻繁，地面溫度變化劇烈，普通模式難以準(zhǔn)確反映地面和低層大氣的質(zhì)量、熱量，導(dǎo)致模式預(yù)報誤差偏大。
為解決行業(yè)挑戰(zhàn)，遠(yuǎn)景在美國科羅拉多成立了空氣動力學(xué)中心，在新加坡成立了全球氣象研發(fā)中心，擁有著超過40位全球頂級的氣象與流體專家，自主開發(fā)孔明“東風(fēng)”數(shù)值氣象預(yù)報，為每個風(fēng)機(jī)和光伏電站定制自己的氣象預(yù)報。
孔明“東風(fēng)”氣象預(yù)報，每天凌晨2點收到全球各大氣象中心發(fā)布的氣象預(yù)報背景場數(shù)據(jù)，依托”太湖之光”和“天河二號”國家超算中心的強(qiáng)大計算能力，3000核并行運算WRF大氣動力學(xué)模型，每天早晨6點前向各風(fēng)場發(fā)布水平分辨率1x1km、垂直分辨率100米、時間分辨率15分鐘的數(shù)值氣象預(yù)報，各風(fēng)場將風(fēng)速預(yù)報通過機(jī)器學(xué)習(xí)算法轉(zhuǎn)換為未來24小時功率預(yù)報，并于8點前自動準(zhǔn)時上報電網(wǎng)。
針對西北地區(qū)氣象觀測站稀少，氣象觀測數(shù)據(jù)不足的現(xiàn)狀，遠(yuǎn)景研發(fā)了GPS掩星技術(shù)。由于大氣中溫度濕度的不同不僅會產(chǎn)生不同的氣壓，還會改變大氣層的折射率。通過GPS信號時差計算出大氣折射率，再通過機(jī)器學(xué)習(xí)反演出大氣中的水汽、溫度和氣壓狀況，而風(fēng)就是由氣壓差產(chǎn)生，這等效于在大氣層中布滿傳感器，獲得更多觀察測數(shù)據(jù)。將GPS信號反演的結(jié)果輸入資料同化平臺后，顯著優(yōu)化氣象模式參數(shù)，輸出更準(zhǔn)確的超短期與短期預(yù)報。
全國地面觀測站分布圖與GPS掩星技術(shù)
目前，孔明為西北地區(qū)各風(fēng)場定制的平均日前風(fēng)速預(yù)報誤差降已經(jīng)低至1.9m/s，全面超越全球最領(lǐng)先的三家氣象機(jī)構(gòu)，成為西北地區(qū)最準(zhǔn)風(fēng)速預(yù)報。
全球前三氣象機(jī)構(gòu)與孔明風(fēng)速預(yù)報誤差
2018年12月，西北能監(jiān)局發(fā)布了新的《西北區(qū)域發(fā)電廠并網(wǎng)運行管理實施細(xì)則》，各省陸續(xù)正式運行。新版兩個細(xì)則對功率預(yù)測的要求更加嚴(yán)格，旨在推動各新能源場站提高功率預(yù)測的準(zhǔn)確率，為電網(wǎng)合理制定發(fā)電計劃提供更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，有效配合陸續(xù)投運的跨區(qū)對外輸電通道，更好地支持跨區(qū)現(xiàn)貨交易，實現(xiàn)新能源發(fā)電量和發(fā)電占比“雙升”，棄電量和棄電率“雙降”的目標(biāo)。挑戰(zhàn)創(chuàng)造機(jī)遇，孔明功率預(yù)測系統(tǒng)在新形勢下，將積極響應(yīng)時代要求，持續(xù)大力投入風(fēng)光新能源氣象預(yù)報研發(fā)，與電網(wǎng)及各新能源場站一起，為更有效利用跨區(qū)通道與現(xiàn)貨交易，為西北地區(qū)新能源棄風(fēng)棄光率降至紅線以下，新能源電站建設(shè)早日重新開工承擔(dān)力所能及的責(zé)任。
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