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NB中华人民共和国行业标准NB/TXXXX-XX海上风电功率预测系统功能规范Functionalspecificationforoffshorewindpowerforecastingsystem(征求意见稿)20XX发布2OXX实施国家能源局发布应支持单个和多个海上风电场基本信息和实时出力监视,以地图的形式显示,包括风电场的分布和装机容量、风电场的实时功率及预测功率应支持多个海上风电场出力的同步监视,宜同时显示系统预测曲线、实际功率曲线及概率预测误差区间调度端主站预测系统还应能够同时展示风电场上报预测曲线实时功率曲线应实时更新应支持不同预测结果的同步显示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应支持时间序列图、风向玫瑰图、风廓线以及气温、气压、湿度变化曲线等气象图表展示应支持各级气象机构等发布的台风、暴雨、雷电等异常气象信息的实时展示应支持统计分析数据的展示监视数据更新周期应不大于5min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
8.2操作界面应支持海上风电场的装机容量、风机机组等基本信息的查询应具备开机容量设置、异常气象信息录入、调度控制设置及查询页面应支持异常数据定义设置,支持异常数据以特殊标识显示应支持对预测曲线的人工修改应具备系统用户管理功能,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所有的表格、曲线应同时支持打印、电子表格和图片格式导出
8.3数据输出
3.1场站端海上风电功率预测系统应向电网调度机构上报长期电量预测、中期风电功率预测、短期风电功率预测、超短期风电功率预测数据,上报时间和分辨率应满足电网调度机构的要求,同时应上报与预测数据相同时段、相同时间分辨率的风电场预计开机容量场站端海上风电功率预测系统应按电网调度机构要求,实时上传测风数据、风电机组运行状态数据、风电场理论发电功率和可用发电功率等数据,时间分辨率不小于Imin场站端海上风电功率预测系统宜根据电网调度机构的要求,上报数值天气预报信息和气象预警信息9性能指标1风电功率预测单次计算时间应小于5min2系统月可用率应大于99%硬件可靠性应大于99%平均无故障时间大于25000小时海上风电计算机监控系统、功率预测系统和调度主站系统的数据通信延时不应大于3s预测系统应支持和北斗、GPS或站内对时信号源进行对时,对时精度偏差不应超过1ms场站端海上风电功率预测结果的性能指标应满足表1的要求,调度端的全网风电预测结果性能指标应满足表2的要求,预测误差指标计算方法见附录B°表1风电场的功率预测性能指标要求表2全网风电的功率预测性能指标要求附录A(规范性)海上风电功率预测建模数据要求海上风电场预测建模数据应包括海上风电场数据、风电机组数据、测风数据(测风塔或测风雷达),宜包括历史天气预报数据及异常气象记录A.1风电场数据海上风电场数据要求包括a)海上风电场位置坐标、装机容量;b)投运时间不足1年的海上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;c)投运时间超过1年的海上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;d)海上风电场运行状态数据,包括风电场开机容量和限电记录A.2风电机组数据海上风电机组数据要求包括a)海上风电机组类型,每类风机的单机容量、轮毂高度、叶轮直径、功率曲线、推力系数曲线、风机保护制动策略,每台风机的首次并网时间、风机位置(经、纬度)、海拔高度等;b)每台海上风电机组的风速、风向、功率、运行状态等历史数据,投运时间超过2年的风机机组应包含近2年内的历史数据,时间分辨率不小于15min;投运时间不超过2年的风机机组应包含投运后的所有历史数据;c)风电机组状态数据,包括风电机组故障和人为停机记录A.3测风数据A.
3.1采用测风塔的数据要求a)数据应包括10m、30m、50m、70m、90m以及风机轮毂高度等不同层高的风速、风向测量值,以及10m高度的平均气压、平均温度和平均湿度;b)应含测风塔位置坐标、传感器类型及其安装高度等测风塔基础信息,以及近两年内的历史数据有效时长应不少于1年;c)数据的时间分辨率应不小于5minoA.
3.2采用测风雷达的数据要求a)应包括10m、30m、50m70m90m以及风机轮毂高度等不同层高的风速、风向测量值,宜在90m和风机轮毂层高度间均匀增加2~3个层高数据,以及10m高度的气压、温度和湿度;b)应含测风雷达系统位置坐标、传感器类型等基础信息,投运时间超过2年的测风雷达应包含近2年内的历史数据,投运时间不超过2年的测风雷达应包括投运后的所有历史数据;c)数据的时间分辨率应不小于5minA.4历史气候天气预报数据及异常气象记录历史气候、天气预报数据及异常气象记录要求包括a)历史气候预报数据应包括次月起到12个月的气候预报数据,包括月平均风速、月平均温度等,数据分辨率为月;b)历史数值天气预报数据的空间范围应覆盖预测对象,预测网格不大于lOkmxlOkm;c)历史数值天气预报数据的预测时长应覆盖至少从次日零时至240h数据的时间分辨率应不小于15min;d)用于预测建模的历史数值天气预报数据的起止时间、时间分辨率应与海上风电场历史功率数据相匹配;e)历史数值天气预报数据应包括10m、30m、50m70m、90m(可根据实际情况确定各层高分布),以及轮毂层等不同层高的风速、风向预报数据,以及温度、湿度、气压、空气密度预报数据同时还应包括海洋水文气象资料和海洋异常天气预警信息;f)投运时间超过1年的风电场应包含至少1年的历史数值天气预报数据,投运时间不超过1年的风电场应包含自投运之日起的所有历史数值天气预报数据;g)海上风电场遭遇台风、暴雨、雷电等异常天气的历史记录,包含异常天气类型、影响起止时间以及影响风机台数等信息附录B(资料性)功率预测误差计算方法日均方根误差巴.)日均方根误差(百噜)由公式(B.l)计算得出:B.1式中:n所有样本个数;Ppi——i时刻的预测功率;PMi——i时刻的实际功率;G——i时刻的开机容量月平均准确率(CQ准确率(Cr)由公式(B.2)计算得出:-纥〃.回Cr=‘n式中:第i天的日均方根误差月平均合格率QQr)月平均合格率(Qr)由公式(B.3)和(B.4)计算得出:式中:1\PPi~PMiGQ|尸Pi一尸Mi,G
0.
250.25B.3B.4名一一为i时刻的预测合格率判定结果本文件按照GB/T
1.1—2020《标准化工作导则第1部分标准化文件的结构和起草规则》的规定起草请注意本文件的某些内容可能涉及专利本文件的发布机构不承担识别专利的责任本文件由中国电力企业联合会提出本文件由能源行业风电标准化技术委员会风电场并网管理分技术委员会归口本文件起草单位本文件主要起草人本文件在执行过程中的意见或建议反馈至中国电力企业联合会标准化中心(北京市宣武区白广路二条1号,100761)本文件按照GB/T
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1.1—2020《标准化工作导则第1部分标准化文件的结构和起草规则》的规定起草请注意本文件的某些内容可能涉及专利本文件的发布机构不承担识别专利的责任本文件由中国电力企业联合会提出本文件由能源行业风电标准化技术委员会风电场并网管理分技术委员会归口本文件起草单位本文件主要起草人本文件在执行过程中的意见或建议反馈至中国电力企业联合会标准化中心(北京市宣武区白广路二条1号,100761)目次前言II1范围12规范性引用文件13术语和定义14总体要求25数据采集与处理26预测要求47统计分析58数据输出与展示59性能指标6附录A(规范性)海上风电功率预测建模数据要求8附录B(资料性)功率预测误差计算方法10海上风电功率预测系统功能规范1范围本文件规定了海上风电功率预测系统的功能,包括总体要求、数据采集与处理、预测要求、统计分析、数据输出与展示、性能指标等本文件适用于电网调度机构和海上风电场的风电功率预测系统建设和验收,系统的研发和运行可参照使用2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款其中,注日期的引用文件仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件测风雷达通用规范电力监控系统网络安全防护导则调度侧风电或光伏功率预测系统技术要求风电功率预测技术规定风电功率预测系统功能规范风电场理论发电量与弃风电量评估导则3术语和定义GB/T
40607、NB/T31046界定的以及下列术语和定义适用于本文件1海上风电场offshorewindfarm指在沿海多年平均大潮高潮线以下海域开发建设的风电场,包括在相应开发海域内海岛上开发建设的由一批风力发电机组或风力发电机组群(包括机组单元变压器)、汇集线路、主升压变压器及其它设备组成的发电站海上风电功率预测offshorewindpowerforecasting以风速、功率或数值天气预报数据等信息作为模型的输入,结合海上风电场机组的设备状态及运行工况,预测海上风电场未来一段时间内的有功功率数值天气预报numericaIweatherprediction根据大气实际情况,在一定的初值和边值条件下,通过大型计算机进行数值计算,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,通过数值的形式给出不同气象要素的预报值长期电量预测longtermelectricityproductionprediction/forecasting预测风电场未来12个月的逐月电量及总电量中期风电功率预测medium-termwindpowerforecasting预测风电场次日零时起到未来240h的有功功率,时间分辨率为15mino短期风电功率预测short-termwindpowerforecasting预测风电场次日零时起到未来72h的有功功率,时间分辨率为15mino超短期风电功率预测ultra-short-termwindpowerforecasting预测风电场未来15min~4h的有功功率,时间分辨率为15min有条件的可提高至5min置信度confidencedegree总体参数值落在样本统计值某一区间内的概率概率预测probabilisticpowerforecasting预测风电场未来时刻的有功功率在一定置信度下的预测区间4总体要求海上风电功率预测系统应具备长期电量预测、中期风电功率预测、短期风电功率预测、超短期风电功率预测功能,宜具备海上风电场理论发电功率和可用发电功率计算功能,调度端的主站预测系统还应包括概率预测功能海上风电功率预测系统应根据海上风电场所处地理位置的气候特征和风电场历史数据情况,考虑台风、暴雨、雷电等异常天气的影响,采用适当的预测方法构建特定的预测模型进行风电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,形成最优预测结果海上风电功率预测系统所采用的输入数据、预测内容、预测模型、数据输出、结果评价等方法应满足NB/T10205的要求海上风电功率预测系统应支持IEC60870-5-
104、Modbus等多种通讯协议,可与风机监控系统、场站数据采集系统等实现数据交互海上风电功率预测系统与电网调度机构的功率预测数据采集系统运行于同一安全区调度端的主站预测系统应运行于电力二次系统II区或III区海上风电功率预测系统应满足GB/T36572的二次系统安全防护规定,并按电力调度机构要求上送相关数据海上风电功率预测系统所采用的机柜、服务器、线缆等设备应具有防潮、抗盐雾等特殊要求,能够适应海上潮湿、多盐的环境条件5数据采集与处理海上风电功率预测系统的数据采集应能自动完成,并可通过手动方式补充录入应采集风电场实时功率数据,应取自海上风电场升压站计算机监控系统,采集频率为秒级
1.3应采集风电机组实时运行数据,包括风机功率、风机运行状态、风机风速、风机风向、机舱温度等,采集频率为秒级应采集实时风速数据,并满足以下要求a)测风数据应取自测风塔或测风雷达数据;b)测风塔位置或测风雷达应布置在海上风电场5km范围内且不受风电场尾流影响,宜在风电场主导风向的上风向,位置应具有代表性;c)测风雷达可选用微波雷达、激光雷达或超声波雷达,应充分考虑现场海洋水文环境和气象条件下,测风雷达的安装运行、探测范围、测量精度等性能指标应满足GB/T12506的要求;d)测量数据包括但不限于10m、30m、50m、70m、90m及风机轮毂层高度等不同层高的风速和风向数据,采用测风雷达时宜在90m和风机轮毂层高度间均匀增加2〜3个层高数据,以及10米层高的温度、湿度、气压数据;e)数据采集频率不应低于5mino应定制天气及气候预报数据,并满足以下要求a)数值天气预报,应至少包括次日零时至未来240h的数值天气预报数据(包括不同层高的风速、风向以及温度、湿度、气压等预报数据),数据口寸间分辨率为15min每天至少提供两次预报数据;b)宜包含台风、暴雨、雷电等海上异常天气预报;c)气候预报,应至少包括次月起到未来12个月的气候预报数据(包括月平均风速、平均温度等预报数据),时间分辨率为月,每月至少提供一次气候预报数据功率预测系统的风电场计划开机容量数据应取自海上风电场升压站计算机监控系统或通过手动方式录入数据处理海上风电功率预测系统的数据存入数据库前必须进行完整性及合理性检验,并对缺测和异常数据进行修正数据完整性检验应满足以下要求a)数据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,中间应连续合理性检验应满足以下要求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/测风雷达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缺测及异常数据宜按照以下要求处理a)缺测功率数据应以前后相邻时刻的数据进行插补;b)大于装机容量的功率数据应以装机容量替代;c)小于零的功率数据应以零替代;d)其余不合理功率数据应以前一时刻功率替代;e)测风塔/测风雷达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后相邻时刻的数据进行插补;f)数值天气预报缺测及不合理数据应以历次预报的数据或前后相邻时刻的数据进行插补;g)所有经过修正的数据应以特殊标示记录;h)所有缺测和异常数据均可由人工补录或修正数据存储数据存储应满足以下要求a)应存储系统运行期间所有时刻的数值天气预报数据;b)应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;c)应存储每次执行的中期风电功率预测的所有预测结果;d)应存储每次执行的短期风电功率预测的所有预测结果;e)应存储每15min滚动执行的超短期风电功率预测的所有预测结果;f)预测曲线经过人工修正后应存储修正前后的所有预测结果;g)所有数据应至少保存10年6预测要求预测建模预测的基本单位为单个海上风电场调度端的主站预测系统应能预测单个风电场至整个调度管辖区域海上风电场预测建模数据应包括海上风电场数据、风电机组数据、测风数据、地形和粗糙度数据,宜包括历史天气预报数据及异常气象记录,建模数据应满足附录A的要求长期电量预测
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2.1长期电量预测应能预测未来12个月的逐月风电发电量及总电量长期电量预测应逐月滚动更新,宜每月上旬发布中期和短期预测
3.1中期风电功率预测应能预测次日零时起至未来240h的风电输出功率,时间分辨率为15min
3.2短期风电功率预测应能预测次日零时起至未来72h的风电输出功率,时间分辨率为15mino
3.2中期和短期功率预测应支持自动启动预测和手动启动预测
3.4中期和短期功率预测应能够设置每日预测的启动时间及次数,应每日至少执行两次
3.5短期功率预测应能支持在台风、冻雨、低温等影响风机发电效率或造成风机停机的异常天气下的功率预测超短期预测
6.
4.1超短期风电功率预测应能预测未来15miir4h的风电输出功率,时间分辨率为15niirio
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4.2超短期功率预测应每15min自动执行一次
4.3超短期功率预测宜参考临近异常气象预报数据,并应具备预测结果人工调整功能对于正在发生的异常天气,支持通过人工实时调整算法参数等方法调整预测结果概率预测调度端的主站预测系统应支持概率预测,概率预测时长和时间分辨率应与中期、短期、超短期功率预测保持一致应至少提供置信度为95%、90%、85%的预测区间上下限,并可手动设置其它置信度理论发电功率和可用发电功率计算
6.1应能根据采集的海上风电场气象数据、风机风速数据及样板风机数据等实时计算风电场理论发电功率
6.2应能根据采集的风机运行状态数据和理论发电功率数据实时计算风电场可用发电功率
6.3理论发电功率和可用发电功率的计算方法应满足NB/T31055相关规范要求其他要求
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7.1应支持设备故障、检修等出力受限情况下的功率预测
6.
7.2应支持海上风电场扩建情况下的功率预测
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7.3应支持多源数值天气预报数据的集合预报,并对数值天气预报原始数据集进行特征筛选
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7.4宜按季度或大风期、小风期等定期维护功率预测模型
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7.5应具备预测结果人工调整功能预测结果上报调度主站之前,支持通过人工方式调整预测结果预测结果上报调度主站之后则不能再做修改7统计分析数据统计数据统计应满足以下要求a)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)海上风电场运行参数统计应包括发电量、有效发电时间、最大出力及其发生时间、同时率、利用小时数及平均负荷率等参数的统计,并支持自动生成指定格式的报表;e)其他电网调度机构要求统计的数据指标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,分析数据的不确定性可能引入的误差误差统计误差统计应满足以下要求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、合格率等;d)若包含功率受限时刻,则应使用该时刻风电的可用功率替代实际功率8数据输出与展示预测时间尺度月平均准确率月平均合格率中期功率预测以日(24h)为步长统计,预测准确率按顺序依次递减,第十日(第217〜240h)270%—短期功率预测日前三83%日前三83%超短期功率预测第四小时三87%第四小时三87%预测时间尺度月平准确率月平均合格率中期功率预测以日(24h)为步长统计,预测准确率按顺序依次递减,第十日(第217〜240h)275%—短期功率预测日前,85%日前290%超短期功率预测第四小时三90%第四小时295%。