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SCADA 光伏功率预测系统软件特点

来源:叁仟能源网 时间:2025-03-15 15:37:06

“SCADA 光伏功率预测系统软件 ”是叁仟能源依托自有的知识产权独立开发的一 款光伏电站气象、功率预报暨智能管理系统。本预测系统是以高精度数值气象预报为基础,搭建完备的 数据库系统,利用各种通讯接口采集光伏电站远动系统和实时气象站数据,采用人工智能神经网络、粒 子群优化、光电信号数值净化、高性能时空模式分类器及数据挖掘算法对各个光伏电站进行建模,提供 人性化的人机交互界面,对光伏电站进行功率预测,为光伏电站管理工作提供辅助手段。

叁仟能源的功率预测技术在光伏电站超短期(未来 4 小时 )预测结果均方根误差小于 10%的预测精 度。和风电功率预测相比,光伏预测具有相对比较明显的确定性。太阳的运动轨迹能够清晰准确的计算 出来,而影响光伏辐照度的因素,包括“云量、沙尘、雾霾、地形地貌 ”等要素,这些要素通过高精度 数值气象预报可以得到比较好的刻画。最终,我们可以得到比风电预测更加准确的光伏功率预测结果。
光伏功率预测系统流程示意图

我公司的光伏预测系统可以准确预报电场未来 24 小时功率,预测精度可达 85%;超短期预测平均预 测精度更是超过90%;最大有效预测时长达到 72 小时。完全可以达到电网对光伏电站电力负荷输出的调 度要求。

(1)高精度数值气象预报

如图所示,光伏预测系统以全球中尺度模式数值气象预报数据为基础,结合光伏电站微观选址及针 对不同地域特点的参数化方案,经过大规模并行分布式计算机集群的模式计算优化后得到高精度的中小 尺度数值天气预报,作为太阳能预报的基础。

如图所示,系统提供未来 72 小时的天气照度、云量等高精度信息,时间分辨率高达 15 分钟,空间 分辨率达到 3*3 公里。为准确预报未来太阳能的产量和负荷曲线打下坚实基础。

光伏功率预测系统流程示意图

(2)基于数据挖掘的数据净化

如图所示,“SCADA 光伏功率预测系统软件 ”需要处理海量光伏数据,包括光伏电站 SCADA 数据、 EMS 数据、NWP 数据等。然而由于光伏电站运营、入网、维护等原因并不是所有数据都是有效数据。为 了建立精确的光伏电站模型,系统通过智能数据过滤算法,剔出垃圾数据,保留有效数据,为光伏电站 建模的数据净化打下了深厚的基础。
数据净化图

(3)光电数据模式识别

不同的光伏电站具有完全不同的属性,例如装机规模、所处地理位置、电池板型号、气候条件、电  网接纳条件等。因而开发不同的模型,使得系统能自适应的进行调整是“SCADA 光伏功率预测系统软件 ” 的一大优势。系统具备了基于标准接口的 Python 算法,可以根据现场需要随时将优化验证后的最新算  法更新到电站预测服务器。

(4)通用光电信息数据交换平台

SCADA 平台系统兼容能够不同综自系统的数据交换协议,能够实时采集光伏电站的运行数据,同时 具备采集数据质量检查及优化,数据分析、存储、转发等功能,配合气象预报数据,实现了光伏电站资 源数据和光伏电站运行数据的融合。

(5) 自动化数据上传与报表

系统兼容各个省区不同预测主站的 E 文件规范标准及各种上传调度规约标准,同时支持常见 EXCEL 数据报表到处功能。用户能够对任意时间段的数据执行分析和报表生成的指令。

(6)光伏电站 AGC 模块

为了配合电网对光伏电站的负荷调度,系统能够针对特定的光伏电站开发自适应的光电负荷跟踪控 制模块,根据太阳能资源的预报情况对光伏电站的逆变器实施智能监控,从而使实际负荷和预测负荷之 间的误差最小,进而实现业主优先并网和电网优化调度的双方需要。


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1、产品构成(1)硬件终端设施下图为光伏预测系统的硬件网络拓扑图,主要包括了功率预测服务器、气象数据处理服务器、反 向隔离器、交换机、防火墙和 PC 工作站等。(2)全球中尺度模式气象预报采用高精度的气象源,以国际先进的中尺度数值天气预报技术为基础,通过大量敏感性试验将数值 预报模型本地化后,将更加适用于光伏电场的实际需求。模型在考虑大尺度天气背景信息的同时,又充 分考虑到光伏电场地形地势、表面粗糙度、气候特征等影响光伏电场变化的因素,使得预测结果更加稳 定可靠。(3)MOS 统计订正系统采用统计回归技术,通过分析历史数值天气预报的结果,建立预测辐照度和实测辐照度之间的误差 的统计特性模型,可以进一步减小预报偏差,使预测结果更加准确。(4)光伏发电功率预测算法模块在系统预测中,以高精度数值气象预报为基础,实时读取电气参数,神经网络不断对预测发电量值 与实测发电量值进行比较、网络学习训练、误差修正,形成多种类型的预测样本,并不断进行优化。(5)功率预测物理模型根据光伏电站的太阳能电池组件参数,电站的电气参数等,能够在没有历史实发数据的情况下,直 接通过预测辐照度数值计算出近似的光伏电站的发电功率。2、产品功能(1)高精度数值天气预报系统以全球中尺度模式气象预报数据为基础,结合光伏电站微观选址及针对不同地域特点的参数化 方案,经过大规模并行分布式计算机集群的模式计算优化后得到高精度的中小尺度数值天气预报,作为 太阳能预报的基础。能够提供未来 72 小时的辐照度、云量等高精度信息,时间分辨率 15 分钟,空间分 辨率达到 3×3 公里。为准确预报未来太阳能的产量和负荷曲线打下坚实的基础。(2)高精度预测技术基于云平台计算下,应用数据挖掘与智能算法,在光伏功率预测系统下,进行高精度模拟、计算, 超短期预测精度达到90%,短期精度达到 85%以上的目标。为客户提供更加精准、安全、稳定的服务。如图所示,给出了“SCADA 光伏功率预测系统 ”的实际工程表现。可以看出系统对未来光伏电站出 力负荷的表现预测精准,完全可以达到电网对光伏电站电力负荷输出的调度要求。3、核心优势(1)数据深挖掘技术如图所示,在光伏电站的海量数据里,利用数据挖掘技术,完成相关性分析、误差分析、特征分析 等,为高精度建模打下坚实的基础。(2)多观测网的气象数据将多种来源于不同的观测网的气象信息作为数值天气预报模式输入的背景场,使得各个观测网的优 势能够得到互补,模式预测的结果将会更加可靠。(3)专业化地理方案设计通过理论分析和大量试验,选取适应于各区域的边界层方案和近地层方案,因地制宜,使得预报结 果更加准确。(4)专业化区域方案设计采用人工神经网络模型,在其基础上,加入一些复杂模型,比如卡尔曼滤波算法、小波分析、遗传 算法、蚁群算法、概率统计模型等。建立一个复杂的精细化多模块自动寻优模型。4、高精度短期与长期预报(1)未来 72 小时短期预;(2)未来 4 小时超短期预测;(3)系统运行寿命≥20 年;(4)系统预测合格率:>99%;(5)系统在线时间:>99.99%。
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一、市场背景在“双碳”目标之下,电力系统面临着全新的发展要求。电源侧改革势不可挡,可再生能源占比持续上升,风电与光伏将会成为主要的电源品种,构建以新能源为主体的新型电力系统是未来电力系统发展的全新形态。在电力现货市场加快建设的大背景下,国内首批8个现货试点已全部进入长周期结算试运行,同时,第二批6个现货试点正式启动,现货市场覆盖范围进一步扩大。随着电力现货市场常态化运行,发电企业、电力用户及其他市场主体需要改变原有生产和盈利模式,在电力市场改革中抢占先机。新能源由于出力的不确定性,参与市场难度增大。此外,国家发改委、国家能源局出台了多项政策,明确加快推进储能产业发展的原则和目标,鼓励新能源发电企业通过自建或购买的方式配置储能或调峰能力,为储能设施商业价值的实现提供空间。二、需求及痛点(一)发电侧风/光储(站内自主调用)装机容量中等,配置比例一般为新能源装机的10% - 20%。与新能源机组是一个整体,调度不单独给储能下发指令,电站可以自己制定储能的充放电策略。可以通过限电消纳、跟随预测降低双细则考核、参与现货交易、辅助服务等方式获取收益。需求包括跟踪调度计划与平滑出力、辅助服务(调频/调峰)、弃风弃光消纳。风/光储(调度直控)装机容量中等,调度直接下发指令进行控制,通过辅助服务补偿、容量补偿等方式盈利。同样需要满足跟踪调度计划与平滑出力、辅助服务(调频/调峰)、弃风弃光消纳的需求。(二)电网侧独立储能装机容量较大,电网以外的第三方投资为主。需要结合电价预测做日前96点的充放电功率策略,为独立储能的盈利提供更多场景。主要需求是调峰调频、改善电能质量、维持电压稳定。三、储能EMS产品解决方案(一)大储EMS系统架构应用层:包括系统监控、自动预警、统计报表收益分析、AGC/AVC、快频、功率预测策略、电力交易策略等功能。SCADA平台层:涵盖前置采集、点值计算、网络代理数据转发、规约管理、实时控制、实时告警实时统计、历史统计、日志管理、安全管理报表管理、消息总线、电力通用数据模型、跨操作系统接口、存储系统(实时数据库、时序数据库、关系型数据库)等功能,支持多种操作系统和数据库,具有数据处理强、扩展性好等特点。(二)储能调频调压应用发电侧常见的应用方式,各省要求几乎都以调频为主。EMS接收调度或站内AGC、AVC有功及无功调节指令,对储能进行控制,原来AGC只对逆变器或风机机组进行二次调频,现在电站增加储能后还需对EMS发有功指令。(三)SCADA平台相关技术海量数据处理技术 - 实时数据库,具有高性能、可伸缩分布式实时库存取的特点,灵活定制索引查询算法,利用事务机制提高写入性能,水平容量自动伸缩,支持多元触发式数据实时计算,数据持久化,可靠性高,支持集群,自动化数据迁移、实例间负载均衡。海量数据存储技术 - 时序数据库,海量数据通过时序数据库高速存取,数据压缩率高,降低存储开销,实时数据写入,高效离线查询与计算,集群部署,数据多副本保证可靠性、高可用,数据过期策略自动清理历史数据,备份策略快捷,事务数达数十万级每秒。四、产品优势储能应用场景全覆盖可应用于各种微电网、用户侧大型储能系统、风/光/储新能源电站、调峰储能系统等。多场景的智慧策略算法结合弃风弃光、双细则考核、电力交易等的策略算法。极高的性价比价格、功能、性能兼具优势。丰富的新能源行业产品支撑拥有全国数千家新能源场站资源、10年数据模型积累和持续优化,对新能源行业相关业务规则深入理解,产品无缝对接。适用性强,服务响应快基于成熟的B/S应用框架扩展开发,实施周期短;采用SCADA平台,适用各种应用环境;全面支持国产化平台。
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