风电场风电功率短期预测方法研究与实现(附件)【字数：8075】
摘 要风电场功率短期预测技术对于促进新能源发展和“低碳经济”的时代要求具有一定的现实意义。国外相关方面的研究起步较早，随着时代和技术的发展，在软件算法方面已经相当成熟和具体，更是可以广泛地进行商用。而国内的研究在近几年才算起步，在预测的准确性和处于不同地理位置的差异性方面仍然有诸多不足。特别我国地缘辽阔，风力资源总量大，而带来的各方面问题就急需相关技术的不断研究发展。所以针对天气的预报和风电场的可靠性来提高预测精度和稳定性具有重要的学术和工程实用价值。本文首先对数据误差进行统计分析，研究误差分布，将无效数据带来的预测误差降至最低。风电场功率短期预测的主要影响因素是数值天气预报所带来的误差，但目前使用的线性校正方法存在诸多不足。本文采用BP神经网络算法对数值天气预报数据进行训练，将训练后的数据用于风力机输出功率的预测，从而提高预测精度。
目 录
第一章 绪论 5
1.1研究背景及意义 5
1.2国内外研究现状 5
1.3本文的主要工作 6
第二章 风电场概念 7
2.1风能利用概述 7
2.2风速对风电功率的影响 7
2.3风电功率短期预测系统 8
第三章 预测误差分析 10
3.1风电功率短期预测系统框架 10
3.2风电场功率短期预报系统的改进 10
3.3误差分析 11
3.4本章小结 14
第四章 BP神经网络 15
4.1神经元模型 15
4.2 BP神经网络 16
4.3建模与数据处理 18
4.4程序设计步骤 19
4.5本章小结 20
第五章 算例仿真 21
5.1算例分析 21
5.2程序运行及其结果 23
5.3本章小结 26
第六章 结论与展望 27
6.1总结 27
6.2课题研究展望 27
致 谢 28
参考文献 29
第一章 绪论
1.1研究背景及意义
“低碳经济”已经是当今 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
世界交流发展的主题，风能作为一种可再生资源，而且清洁环保，日益得到世界各国风的重视。由于我国地缘辽阔，风能资源突出，而且用电需求量大，所以在我国发展风力发电是必然趋势。如图11所示，2016年我国的风电装机容量为3000万千瓦时，随着科学技术的发展和新能源时代的新时代要求，我国的累计装机容量大幅稳步提升，直到2016年已经发展达到15000万千瓦时的惊人容量[1]。
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图11 20102016年中国风电装机容量统计图（万千瓦时）
风电功率短期预测技术带来的对风电场输出功率的预测和预报，对于风电场风电机组的生产发展、后期维护和电力部门对电网的合理调度有重大意义。
由于我国发展风电功率短期预测技术较晚，与国外存在一定的现实差距。虽然目前增速较快，但预测误差较大。所以减小预测误差是当务之急，重中之重。
1.2国内外研究现状
文献[2]和文献[3]指出在风电预测系统方面，在欧美许多国家，特别是那些风力资源的丰富的沿海国家，例如英国，丹麦，美国等，他们的风电功率预测短期预测很早就开始研究，随着时间的推移和技术的进步，相关预测技术已经相当成熟，例如丹麦的WPPT系统，美国的EWind系统，都是较为成熟完善的风电功率短期预测系统。而我国在该领域的起步时间较晚，不过目前应用于我国的预测软件也正在紧锣密鼓的开发和完善中，并且在2008年，通过国家电网和吉林省电力部门的共同努力，已经在实际风电场中投入试运行，而且取得了令人满意的结果。
文献[4]指出国内外在风电短期预测技术的主体是各不相同的，欧洲等国的风电预测的主体涵盖了电网运营商和各自风电场，他们的风电场研究风电预测技术是为了风电场的风电机组能够良好运行和利于后期的维护，电网运营商研究风电技术是为了平衡全网电力，是整个电力系统平稳运行，他们各司其职，有利于全面发展。虽然我国的风电场和电力部门也存在共同研究的关系，但是电力部门会要求风电场对于风电短期预测达到一定的精度，如果超出了一定范围，风电场需要向电力部门缴纳一定罚款，即“建设大基地，融入大电网”的发展模式。
1.3本文的主要工作
本文在已有的研究成果和实践基础上，对风电功率短期预测进行了一些探讨和研究。本文的主要研究内容如下：
（1）介绍风电功率短期预测的研究意义和国内外的现状。
（2）针对数值气象预报和风电机组由于故障等原因带来误差进行具体的误差分布研究，可以更好的对风电功率短期预测做准备。
（3）采用BP神经网络对数值天气预报数据进行修正，将修正后的数据用于风力机输出功率的预测，保证了数据的稳定性和准确性，从而提高预测精度。
第二章 风电场概念
2.1风能利用概述
在世界的大部分国家及地区，电能的生产还是依靠燃烧煤炭所获得的，其生产所带来的二氧化碳等气体对大气环境的污染也越来越大，“全球变暖”就是大自然给全人类的警示。所以当今社会对于“可持续发展”的目标是全人类需要去努力拼搏的，电能作为当代社会人类赖以生存的能源，解决它的生产“可持续性”是当务之急，当然，在全球，利用太阳能发电，潮汐能发电等能够达到“可持续发展”目标的发电方式也在日益普及，并且也都取得了长足的发展[5]。
其实风能很早就已经被人们开发利用了，比如运用风力推动风车来浇灌土地。而本文主要讲述风力发电的相关概念和技术改进。风力发电机组主要由风轮、发电机和铁塔组成。首先通过风轮，将大自然的风能转换为机械能。将风轮获得的机械能通过稳定和提速来使发电机运转产生电能。铁塔就是将所有组件连接在一起的一个架构，使风轮处于固定高度，以获取风能的最大值[6]。
2.2风速对风电功率的影响
为了达到最大化的风电机组输出功率，首先就得有丰富的风资源，例如在欧洲沿海国家都较早的开展风力发电，并取得了丰硕成果。上一节提到风力发电是风能带动风轮，再将产生的机械能由发电机组转化为电能。所以风轮的转速直接影响了风电机组的输出功率，即风速在一定范围内驱动风轮转动是最主要的因素[7]。
目 录
第一章 绪论 5
1.1研究背景及意义 5
1.2国内外研究现状 5
1.3本文的主要工作 6
第二章 风电场概念 7
2.1风能利用概述 7
2.2风速对风电功率的影响 7
2.3风电功率短期预测系统 8
第三章 预测误差分析 10
3.1风电功率短期预测系统框架 10
3.2风电场功率短期预报系统的改进 10
3.3误差分析 11
3.4本章小结 14
第四章 BP神经网络 15
4.1神经元模型 15
4.2 BP神经网络 16
4.3建模与数据处理 18
4.4程序设计步骤 19
4.5本章小结 20
第五章 算例仿真 21
5.1算例分析 21
5.2程序运行及其结果 23
5.3本章小结 26
第六章 结论与展望 27
6.1总结 27
6.2课题研究展望 27
致 谢 28
参考文献 29
第一章 绪论
1.1研究背景及意义
“低碳经济”已经是当今 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
世界交流发展的主题，风能作为一种可再生资源，而且清洁环保，日益得到世界各国风的重视。由于我国地缘辽阔，风能资源突出，而且用电需求量大，所以在我国发展风力发电是必然趋势。如图11所示，2016年我国的风电装机容量为3000万千瓦时，随着科学技术的发展和新能源时代的新时代要求，我国的累计装机容量大幅稳步提升，直到2016年已经发展达到15000万千瓦时的惊人容量[1]。
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图11 20102016年中国风电装机容量统计图（万千瓦时）
风电功率短期预测技术带来的对风电场输出功率的预测和预报，对于风电场风电机组的生产发展、后期维护和电力部门对电网的合理调度有重大意义。
由于我国发展风电功率短期预测技术较晚，与国外存在一定的现实差距。虽然目前增速较快，但预测误差较大。所以减小预测误差是当务之急，重中之重。
1.2国内外研究现状
文献[2]和文献[3]指出在风电预测系统方面，在欧美许多国家，特别是那些风力资源的丰富的沿海国家，例如英国，丹麦，美国等，他们的风电功率预测短期预测很早就开始研究，随着时间的推移和技术的进步，相关预测技术已经相当成熟，例如丹麦的WPPT系统，美国的EWind系统，都是较为成熟完善的风电功率短期预测系统。而我国在该领域的起步时间较晚，不过目前应用于我国的预测软件也正在紧锣密鼓的开发和完善中，并且在2008年，通过国家电网和吉林省电力部门的共同努力，已经在实际风电场中投入试运行，而且取得了令人满意的结果。
文献[4]指出国内外在风电短期预测技术的主体是各不相同的，欧洲等国的风电预测的主体涵盖了电网运营商和各自风电场，他们的风电场研究风电预测技术是为了风电场的风电机组能够良好运行和利于后期的维护，电网运营商研究风电技术是为了平衡全网电力，是整个电力系统平稳运行，他们各司其职，有利于全面发展。虽然我国的风电场和电力部门也存在共同研究的关系，但是电力部门会要求风电场对于风电短期预测达到一定的精度，如果超出了一定范围，风电场需要向电力部门缴纳一定罚款，即“建设大基地，融入大电网”的发展模式。
1.3本文的主要工作
本文在已有的研究成果和实践基础上，对风电功率短期预测进行了一些探讨和研究。本文的主要研究内容如下：
（1）介绍风电功率短期预测的研究意义和国内外的现状。
（2）针对数值气象预报和风电机组由于故障等原因带来误差进行具体的误差分布研究，可以更好的对风电功率短期预测做准备。
（3）采用BP神经网络对数值天气预报数据进行修正，将修正后的数据用于风力机输出功率的预测，保证了数据的稳定性和准确性，从而提高预测精度。
第二章 风电场概念
2.1风能利用概述
在世界的大部分国家及地区，电能的生产还是依靠燃烧煤炭所获得的，其生产所带来的二氧化碳等气体对大气环境的污染也越来越大，“全球变暖”就是大自然给全人类的警示。所以当今社会对于“可持续发展”的目标是全人类需要去努力拼搏的，电能作为当代社会人类赖以生存的能源，解决它的生产“可持续性”是当务之急，当然，在全球，利用太阳能发电，潮汐能发电等能够达到“可持续发展”目标的发电方式也在日益普及，并且也都取得了长足的发展[5]。
其实风能很早就已经被人们开发利用了，比如运用风力推动风车来浇灌土地。而本文主要讲述风力发电的相关概念和技术改进。风力发电机组主要由风轮、发电机和铁塔组成。首先通过风轮，将大自然的风能转换为机械能。将风轮获得的机械能通过稳定和提速来使发电机运转产生电能。铁塔就是将所有组件连接在一起的一个架构，使风轮处于固定高度，以获取风能的最大值[6]。
2.2风速对风电功率的影响
为了达到最大化的风电机组输出功率，首先就得有丰富的风资源，例如在欧洲沿海国家都较早的开展风力发电，并取得了丰硕成果。上一节提到风力发电是风能带动风轮，再将产生的机械能由发电机组转化为电能。所以风轮的转速直接影响了风电机组的输出功率，即风速在一定范围内驱动风轮转动是最主要的因素[7]。
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