2月11日上午，在新能源與儲能運(yùn)行控制國家重點實驗室，中國電力科學(xué)研究院有限公司新能源研究中心電力氣象團(tuán)隊成員研判即將影響我國大部分地區(qū)的新一輪強(qiáng)冷空氣天氣。他們通過分析實時天氣形勢、數(shù)值天氣預(yù)報、實時電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)、新能源發(fā)電功率預(yù)測偏差特征，進(jìn)一步提升新能源發(fā)電出力預(yù)測精度。
新能源研究中心電力氣象團(tuán)隊研發(fā)人員開展電力氣象研判評估工作。中國電科院供圖
新能源出力主要由自然風(fēng)速大小和太陽輻照度強(qiáng)弱決定。近年來，大規(guī)模新能源發(fā)電并網(wǎng)給電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來了挑戰(zhàn)。開展新能源發(fā)電功率預(yù)測，不斷提升預(yù)測精度是應(yīng)對挑戰(zhàn)的有效手段之一。中國電科院新能源研究中心電力氣象團(tuán)隊潛心研究，結(jié)合工程實踐反饋從新能源發(fā)電功率預(yù)測各個環(huán)節(jié)發(fā)力，促進(jìn)預(yù)測結(jié)果的持續(xù)優(yōu)化。目前，基于團(tuán)隊科研成果，國家電網(wǎng)有限公司經(jīng)營區(qū)所有省級及以上電力調(diào)控機(jī)構(gòu)和并網(wǎng)新能源發(fā)電場站均具備功率預(yù)測能力，并陸續(xù)形成了成熟的技術(shù)體系。
定制化數(shù)值天氣預(yù)報實現(xiàn)人工智能點對點訂正
“新能源發(fā)電功率預(yù)測包含氣象預(yù)報、預(yù)測模型、結(jié)果處理三個環(huán)節(jié)。氣象預(yù)報是最基本的輸入數(shù)據(jù)，新能源發(fā)電功率預(yù)測誤差的60%以上源自這一環(huán)節(jié)。”中國電科院新能源研究中心副主任馮雙磊介紹道。
為兼顧電力發(fā)輸變設(shè)備所處氣象環(huán)境的復(fù)雜性，新能源研究中心電力氣象團(tuán)隊在2010年9月建設(shè)了國內(nèi)首個用于電力生產(chǎn)運(yùn)行的大型數(shù)值天氣預(yù)報中心，開啟電力氣象的研發(fā)和技術(shù)支撐工作。
數(shù)值天氣預(yù)報中心目前有刀片服務(wù)器600臺、計算核16080顆，存儲容量達(dá)2.65拍字節(jié)(PB)，還有運(yùn)算速度達(dá)到400萬億次/秒的高性能計算機(jī)集群，以及極軌和靜止氣象衛(wèi)星接收裝置，形成了支撐電網(wǎng)安全、設(shè)備運(yùn)維及新能源電量消納的全方位、立體化電力氣象研發(fā)體系。
新能源研發(fā)中心電力氣象團(tuán)隊負(fù)責(zé)人王勃介紹：“我們的電力氣象研發(fā)體系包括實時四維數(shù)據(jù)同化、快速循環(huán)更新、集合概率預(yù)報等先進(jìn)技術(shù)的電力氣象數(shù)值預(yù)報模式系統(tǒng)，可以收集到每日40吉字節(jié)(GB)的全國氣象臺站觀測和電力生產(chǎn)運(yùn)行專業(yè)氣象數(shù)據(jù)，實現(xiàn)新能源發(fā)電功率預(yù)測分析，支撐新能源電量高效消納。”
團(tuán)隊還基于天氣的不確定性，借助人工智能技術(shù)，實現(xiàn)對風(fēng)速、輻照度預(yù)報結(jié)果的點對點訂正，優(yōu)化了氣象預(yù)報結(jié)果，顯著提升了數(shù)值天氣預(yù)報的要素預(yù)報準(zhǔn)確性。
在全球氣候變化的背景下，大風(fēng)、高溫、寒潮、強(qiáng)對流等極端天氣發(fā)生頻率增加和災(zāi)害程度加重的趨勢愈發(fā)明顯。團(tuán)隊密切監(jiān)視電網(wǎng)高影響天氣變化過程，應(yīng)用定制化數(shù)值天氣預(yù)報及預(yù)報結(jié)果訂正技術(shù)，從新能源發(fā)電功率預(yù)測的輸入數(shù)據(jù)優(yōu)化入手，更準(zhǔn)確體現(xiàn)天氣事件的發(fā)生強(qiáng)度和發(fā)生范圍，開展新能源供電保障能力預(yù)測，為極端天氣條件下的新能源保供電提供堅強(qiáng)數(shù)據(jù)支撐。同時, 2017年以來，團(tuán)隊關(guān)注暴雨、大風(fēng)、寒潮等電網(wǎng)災(zāi)害性天氣，以數(shù)據(jù)傳輸和報文等形式定時定點發(fā)布高分辨率電力氣象預(yù)報，為公司各單位有效應(yīng)對汛情提供堅強(qiáng)技術(shù)支撐，充分發(fā)揮了電力氣象防災(zāi)減災(zāi)第一道防線的作用，為電網(wǎng)安全運(yùn)行保駕護(hù)航。
功率預(yù)測新模式提升網(wǎng)格化預(yù)測精度
新能源發(fā)電功率預(yù)測技術(shù)的核心是挖掘表征天氣變化的數(shù)值天氣預(yù)報和新能源發(fā)電場站功率變化的關(guān)系。如果天氣預(yù)報不準(zhǔn)，就會使新能源發(fā)電功率預(yù)測產(chǎn)生較大的誤差。新能源研究中心電力氣象團(tuán)隊對此提出了面向天氣過程的功率預(yù)測新模式。2月8日，團(tuán)隊在分析天氣形勢的基礎(chǔ)上，通過大數(shù)據(jù)挖掘手段，作出了大風(fēng)過程可能偏離既定線路、繞過河西走廊的研判，及時修正了甘肅地區(qū)新能源發(fā)電功率的預(yù)測結(jié)果，當(dāng)日預(yù)測結(jié)果的極大誤差由40%降至15%以內(nèi)。
隨著新型電力系統(tǒng)加快構(gòu)建，新能源發(fā)電裝機(jī)規(guī)模快速增長，原有新能源發(fā)電功率預(yù)測方法缺乏對區(qū)域數(shù)值天氣預(yù)報中時空關(guān)聯(lián)信息的挖掘，預(yù)測誤差偏大。但在實際應(yīng)用中，計劃安排、市場交易等工作對更靈活準(zhǔn)確的預(yù)測服務(wù)提出了更高要求。
團(tuán)隊依托國家重點研發(fā)計劃項目，在“集中預(yù)測-定向發(fā)布”預(yù)測模式上取得創(chuàng)新性突破。團(tuán)隊建立了覆蓋全國的新能源發(fā)電功率預(yù)測平臺，使預(yù)測時長、預(yù)測精度等均有質(zhì)的提升，實現(xiàn)單次預(yù)測時長7天，省級新能源發(fā)電集群的日前預(yù)測精度大于90%，超短期預(yù)測精度大于95%，顯著縮短了預(yù)測服務(wù)的響應(yīng)時間，精準(zhǔn)實現(xiàn)了公司經(jīng)營區(qū)新能源場站的快速全面覆蓋和預(yù)測精度提升。
目前，新能源發(fā)電功率預(yù)測平臺覆蓋全國6000余座新能源場站，并通過創(chuàng)新型預(yù)測服務(wù)模式，為公司各分部和各省級電力公司提供中長期電量預(yù)測、短期功率預(yù)測、概率預(yù)測、衛(wèi)星云圖預(yù)測等服務(wù)。
團(tuán)隊還依托大數(shù)據(jù)平臺，輸入網(wǎng)格化數(shù)值天氣預(yù)報數(shù)據(jù)、輸出集群功率，利用數(shù)據(jù)挖掘手段，構(gòu)建氣象組和因子，建成基于高維數(shù)據(jù)的深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)模型，實現(xiàn)對區(qū)域新能源發(fā)電集群功率的總體預(yù)測，具有較高的建模效率。新型功率預(yù)測模式相較于原有的離線建模-現(xiàn)場部署運(yùn)行模式，在預(yù)測時長、預(yù)測精度、系統(tǒng)運(yùn)維效率等方面均有提升，有力支撐了公司各級調(diào)度的新能源發(fā)電功率預(yù)測。
預(yù)測結(jié)果在線修正大幅提升結(jié)果應(yīng)用水平
新能源發(fā)電功率預(yù)測的第三個環(huán)節(jié)是結(jié)果處理，包括預(yù)測結(jié)果優(yōu)化、偏差區(qū)間評估等，這一步直接決定了預(yù)測結(jié)果的準(zhǔn)確性和可用性。實際工作中，優(yōu)化新能源發(fā)電功率預(yù)測模型時，一般以年度均方根誤差最小，即年內(nèi)波動較小為目標(biāo)。這就使得預(yù)測結(jié)果客觀上趨向“中庸”，即預(yù)測結(jié)果低出力“下不去”、高出力“上不來”。針對這一現(xiàn)象，新能源研究中心電力氣象團(tuán)隊結(jié)合實時運(yùn)行數(shù)據(jù)實現(xiàn)對預(yù)測結(jié)果的在線修正，提高了預(yù)測結(jié)果可用性。
2022年年初，團(tuán)隊以吉林等地為試點，建立了云端協(xié)同預(yù)測機(jī)制。團(tuán)隊依托集中預(yù)測平臺和調(diào)度端預(yù)測系統(tǒng)，基于實時運(yùn)行數(shù)據(jù)，通過天氣形勢研判、橫縱向預(yù)測偏差形態(tài)特征挖掘及糾正，滾動更新原有預(yù)測結(jié)果并實時回傳新的預(yù)測結(jié)果，突破了原有預(yù)測技術(shù)的局限性。吉林調(diào)度端的預(yù)測精度提升了2.55個百分點，有效支撐了新能源電量消納和電力保供。在用電高峰或極端天氣發(fā)生的關(guān)鍵時期，團(tuán)隊利用這一技術(shù)對預(yù)測結(jié)果進(jìn)行了手動應(yīng)急優(yōu)化，提高了新能源發(fā)電功率預(yù)測準(zhǔn)確性，支撐了電力系統(tǒng)的供需平衡。
團(tuán)隊立足預(yù)測氣象多種技術(shù)的深度融合，面向重大活動保電任務(wù)，以及夏季高溫干旱、冬季寒潮暴雪等電網(wǎng)高影響天氣威脅，組建電力氣象7×24小時應(yīng)急專班，全年常態(tài)化發(fā)布中長期、月、周、日多尺度電力氣象預(yù)報預(yù)測信息，每日開展新能源發(fā)電功率預(yù)測會商，專人值守隨時響應(yīng)，加密發(fā)報頻次，支撐新型電力系統(tǒng)主動應(yīng)對氣象災(zāi)害影響。
基于多年在發(fā)電功率預(yù)測和電力氣象方面的研究成果，團(tuán)隊2020年主導(dǎo)發(fā)布國際標(biāo)準(zhǔn)《可再生能源發(fā)電功率預(yù)測》(IEC TR 63043)。這是國際電工委員會1906年成立至今第一個關(guān)于可再生能源發(fā)電功率預(yù)測的國際標(biāo)準(zhǔn)，引領(lǐng)了該領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展方向，有力提升了我國在新能源發(fā)電并網(wǎng)領(lǐng)域的國際話語權(quán)。（王姝 張菲）
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