一種風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型屬于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng),包括數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、功率組合預(yù)測單元、功率誤差預(yù)測分析單元、實(shí)時(shí)通信單元和調(diào)度中心服務(wù)器，所述數(shù)據(jù)采集單元的一輸出端依次通過數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、功率組合預(yù)測單元、功率誤差預(yù)測分析單元連接，所述數(shù)據(jù)采集單元的另一輸出端還與功率誤差預(yù)測分析單元連接，所述功率誤差預(yù)測分析單元通過實(shí)時(shí)通信單元與調(diào)度中心服務(wù)器連接。本實(shí)用新型簡單實(shí)用、響應(yīng)迅速塊，而且消除功率系統(tǒng)中的非線性問題。
【專利說明】
一種風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)能是目前最具大規(guī)模商業(yè)化開發(fā)利用潛力的可再生能源，風(fēng)力發(fā)電是大規(guī)模利用風(fēng)能的有效途徑，也是我國能源和電力可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的最現(xiàn)實(shí)選擇。隨著風(fēng)電場大規(guī)模接入主干電網(wǎng)，風(fēng)電場功率波動(dòng)會(huì)對電網(wǎng)電壓、頻率的穩(wěn)定產(chǎn)生一定影響，進(jìn)而影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。電網(wǎng)的發(fā)電用電需時(shí)刻保持平衡，而風(fēng)能作為間歇性能源，風(fēng)電場的有功功率出力情況隨風(fēng)速的變化而變化，具有很大的不確定性，對于風(fēng)速的波動(dòng)、間歇性和隨機(jī)性，勢必給電網(wǎng)的穩(wěn)定性帶來嚴(yán)重沖擊，影響電網(wǎng)的電能質(zhì)量，這使得風(fēng)電場的有功出力預(yù)測變得尤為重要。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型的目的為解決現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，提供了一種簡單實(shí)用、響應(yīng)迅速、預(yù)測精度高、消除非線性問題的風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)，為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下:
[0004]—種風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)，其特征在于:包括數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、功率組合預(yù)測單元、功率誤差預(yù)測分析單元、實(shí)時(shí)通信單元和調(diào)度中心服務(wù)器，所述數(shù)據(jù)采集單元的一輸出端依次通過數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、功率組合預(yù)測單元、功率誤差預(yù)測分析單元連接，所述數(shù)據(jù)采集單元的另一輸出端還與功率誤差預(yù)測分析單元連接，所述功率誤差預(yù)測分析單元通過實(shí)時(shí)通信單元與調(diào)度中心服務(wù)器連接，所述數(shù)據(jù)采集單元至少包括一個(gè)風(fēng)向傳感器、一個(gè)風(fēng)力傳感器、一個(gè)濕度傳感器和一個(gè)數(shù)據(jù)采集卡，所述風(fēng)向傳感器、風(fēng)力傳感器和濕度傳感器分別與數(shù)據(jù)采集卡連接。
[0005]優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)采集卡采用PCIE采集卡。
[0006]優(yōu)選地，所述實(shí)時(shí)通信單元包括以太網(wǎng)通信模塊、RS485通信模塊、WiFi通信模塊和CAN通信模塊，其中，以太網(wǎng)通信模塊采用DP83848C芯片，RS485通信模塊采用ADM2483芯片，WiFi通信模塊采用USR-WIFI232-G模塊，CAN通信模塊采用PCA82C50芯片，所述功率誤差預(yù)測分析單元為芯片stm32F407。
[0007]優(yōu)選地，所述功率組合預(yù)測單元包括NWP預(yù)測處理機(jī)、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器和LS-SVM預(yù)測電路，所述LS-SVM預(yù)測電路至少包括一個(gè)累加器和一個(gè)積分器，所述累加器的輸出端與積分器的輸入端連接，所述積分器的輸出端反饋輸入到累加器的輸入端。
[0008]優(yōu)選地，所述LS-SVM預(yù)測電路至少還包括一個(gè)延時(shí)反相單元，所述積分器包括運(yùn)算放大器Ul、電阻Rl、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電容C，所述電阻Rl、電阻R2、電阻R3、電阻R4的一端都分別與運(yùn)算放大器UI的負(fù)極連接，所述運(yùn)算放大器UI的輸出端分別與電容C的一端、電阻R2的另一端、延時(shí)反相單元的輸入端連接，所述延時(shí)反相單元的輸出端與電阻Rl另一端連接，所述運(yùn)算放大器Ul正極輸入端與地連接，所述電容C的另一端與運(yùn)算放大器Ul的負(fù)極連接。
[0009]優(yōu)選地，所述延時(shí)反相單元為反相器或RS觸發(fā)器。
[0010]綜上所述，本實(shí)用新型采用了上述方案，本實(shí)用新型具有以下有益效果:
[0011]本實(shí)用新型簡單實(shí)用、響應(yīng)迅速塊，加快了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練速度，提高了電路的靈活性，能較好的完成風(fēng)功率的預(yù)測和統(tǒng)計(jì)，具有較高的實(shí)時(shí)處理能力，并且精度比使用單一的物理模型較高，預(yù)測簡單，其中，最小二乘支持向量機(jī):Least Squares Support VectorMachineS，g卩LS-SVM模型具有較強(qiáng)的泛化能力，更有利于消除系統(tǒng)中的對于非線性問題，首先將其轉(zhuǎn)化為高維度空間的線性化問題。
【附圖說明】
[0012]為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施實(shí)例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要的附圖做簡單地介紹，顯然，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，在不付出創(chuàng)造性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0013]圖1是本實(shí)新型一種風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)的原理圖。
[0014]圖2是本實(shí)新型一種風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)的LS-SVM預(yù)測電路原理圖。
[0015]圖3是本實(shí)新型的積分器原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)例中的附圖，對本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0017]結(jié)合圖1，一種風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、功率組合預(yù)測單元、功率誤差預(yù)測分析單元、實(shí)時(shí)通信單元和調(diào)度中心服務(wù)器，所述數(shù)據(jù)采集單元的一輸出端依次通過數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、功率組合預(yù)測單元、功率誤差預(yù)測分析單元連接，所述數(shù)據(jù)采集單元的另一輸出端還與功率誤差預(yù)測分析單元連接，所述功率誤差預(yù)測分析單元通過實(shí)時(shí)通信單元與調(diào)度中心服務(wù)器連接。所述數(shù)據(jù)采集單元及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元將采集實(shí)時(shí)風(fēng)功率數(shù)據(jù)、數(shù)值天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)上網(wǎng)數(shù)據(jù)、風(fēng)塔氣象臺(tái)數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)起來，并且將實(shí)時(shí)風(fēng)功率數(shù)據(jù)傳輸給功率誤差預(yù)測分析單元，以及將歷史風(fēng)功率數(shù)據(jù)、數(shù)值天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)上網(wǎng)數(shù)據(jù)、風(fēng)塔氣象臺(tái)數(shù)據(jù)傳輸給功率組合預(yù)測單元，所述功率誤差預(yù)測分析單元對數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元輸出的實(shí)時(shí)風(fēng)功率數(shù)據(jù)和功率組合預(yù)測單元的風(fēng)功率預(yù)測數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差分析，并將風(fēng)功率預(yù)測數(shù)據(jù)和誤差估計(jì)結(jié)果通過實(shí)時(shí)通信單元實(shí)時(shí)傳輸給調(diào)度中心服務(wù)器。
[0018]作為本實(shí)用新型的，所述數(shù)據(jù)采集單元至少包括一個(gè)風(fēng)向傳感器、一個(gè)風(fēng)力傳感器、一個(gè)濕度傳感器和一個(gè)數(shù)據(jù)采集卡，所述風(fēng)向傳感器、風(fēng)力傳感器和濕度傳感器分別與數(shù)據(jù)采集卡連接，風(fēng)向傳感器采集風(fēng)電場環(huán)境風(fēng)向，風(fēng)力傳感器采集風(fēng)電場環(huán)境風(fēng)力大小，濕度傳感器采集風(fēng)電場環(huán)境濕度和環(huán)境溫度。風(fēng)向傳感器、風(fēng)力傳感器、溫濕度傳感器與數(shù)據(jù)采集卡相連接，從而將實(shí)時(shí)風(fēng)功率數(shù)據(jù)、數(shù)值天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)、風(fēng)塔氣象臺(tái)數(shù)據(jù)等風(fēng)電場環(huán)境實(shí)時(shí)氣象數(shù)據(jù)以及實(shí)時(shí)上網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸至據(jù)采集卡并保存起來并存儲(chǔ)起來，所述數(shù)據(jù)采集卡采用PCIE采集卡，且采集精度高，速度快，兼容性好;所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元為固態(tài)硬盤SSD結(jié)構(gòu)。本統(tǒng)從次日O時(shí)起，實(shí)時(shí)預(yù)測未來72小時(shí)的風(fēng)電功率，時(shí)間分辨率為15分鐘。作為本發(fā)明的最佳實(shí)施例，所述實(shí)時(shí)通信單元包括以太網(wǎng)通信模塊、RS485通信模塊、WiFi通信模塊和CAN通信模塊，其中，以太網(wǎng)通信模塊采用DP83848C芯片，RS485通信模塊采用ADM2483芯片，WiFi通信模塊采用USR-WIFI232-G模塊，CAN通信模塊采用PCA82C50芯片。
[0019]在本實(shí)用新型中，所述功率組合預(yù)測單元包括NWP預(yù)測處理機(jī)、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器和LS-SVM預(yù)測電路，數(shù)值天氣預(yù)報(bào)(numerical weather predict1n,簡稱NWP)處理機(jī)對風(fēng)速進(jìn)行預(yù)測，NWP預(yù)測處理機(jī)首先將NWP數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為風(fēng)機(jī)所處位置的風(fēng)速，然后通過高度變換得到輪轂處的風(fēng)速，在考慮風(fēng)電場尾流效應(yīng)的基礎(chǔ)上，對風(fēng)功率進(jìn)行風(fēng)速插值計(jì)算即可得到風(fēng)電場的輸出功率。所述BP(Back Propagat1n)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器根據(jù)數(shù)值天氣預(yù)報(bào)獲得風(fēng)電場所在地在預(yù)測時(shí)間段的包括風(fēng)速和風(fēng)功率等大量歷史的歷史氣象數(shù)據(jù)，并將風(fēng)速和風(fēng)功率修正為風(fēng)電機(jī)組輪轂處的風(fēng)速和風(fēng)功率氣象數(shù)據(jù)，將采集得到的實(shí)時(shí)的數(shù)值天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)和得修正后的氣象數(shù)據(jù)作為神經(jīng)元的輸入進(jìn)行訓(xùn)練，訓(xùn)練輸出的數(shù)據(jù)即為該預(yù)測時(shí)間段的風(fēng)電場的發(fā)電輸出功率，通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器對數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的數(shù)據(jù)進(jìn)行了全局優(yōu)化，篩選出最優(yōu)的預(yù)測數(shù)據(jù)。
[0020]最小二乘支持向量機(jī)(LS-SVM,LeastSquares Support Vector Machine，簡稱LS-SVM)預(yù)測電路，具有較強(qiáng)的泛化能力，降低了預(yù)測風(fēng)險(xiǎn)，可有效解決非線性問題，并且計(jì)算預(yù)測速度比一般的SVM更高。作為本實(shí)用新型的所述LS-SVM預(yù)測電路至少包括一個(gè)累加器和一個(gè)積分器，所述累加器的輸出端與積分器的輸入端連接，所述積分器的輸出端反饋輸入到累加器的輸入端。在本實(shí)用新型中，如圖2和圖3所示，數(shù)據(jù)信號(hào)為Hqwa1叫..._anqin、l、γ—k !以及-by接入累加器Σ進(jìn)行求和運(yùn)算，累加器Σ輸出端接入積分器丨，積分器J的輸出端即為ai，ai再經(jīng)過權(quán)值變換反饋到各自相應(yīng)的累加器Σ中形成一個(gè)遞歸網(wǎng)絡(luò)。在本實(shí)用新型中，所述LS-SVM預(yù)測電路至少還包括一個(gè)延時(shí)反相單元，所述延時(shí)反相單元為反相器或RS觸發(fā)器，作為本實(shí)用新型的最佳實(shí)施例，延時(shí)反相單元由三個(gè)串聯(lián)的反相器(Buf 1、Buf 2和Buf 3)組成，如圖3所示，所述積分器包括運(yùn)算放大器Ul、電阻Rl、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電容C，所述電阻Rl、電阻R2、電阻R3、電阻R4的一端都分別與運(yùn)算放大器Ul的負(fù)極連接，所述運(yùn)算放大器Ul的輸出端分別與電容C的一端、電阻R2的另一端、延時(shí)反相單元的輸入端連接，所述延時(shí)反相單元的輸出端與電阻Rl另一端連接，所述運(yùn)算放大器Ul正極輸入端與地連接，所述電容C的另一端與運(yùn)算放大器Ul的負(fù)極連接。輸入的電壓信號(hào)為:±Vaj、-Va1、Vin以及Vby i同時(shí)分別通過電阻Rl、電阻R3、電阻R4和電阻R2輸入積分器中的運(yùn)算放大器Ul的負(fù)極，運(yùn)算放大器Ul的輸出端電壓為Val、運(yùn)算放大器Ul的輸出端通過三個(gè)連接通過三個(gè)串聯(lián)的反相器(Bufl、Buf2和Buf3)后輸出電壓為-Vaj，因此電壓土 Vaj經(jīng)過電阻Rl反饋連接到相應(yīng)的積分器輸入端，在本實(shí)用新型中，％ffiR2 = R4 = Ro，Vin=lV，Rl=R()/ qij | ,R3= γ Ro，圖3中的Vai對應(yīng)圖2中的ai，偏移量b對應(yīng)積分器例的反饋結(jié)構(gòu)，Ro/ | Qij |對應(yīng)權(quán)值qiJ，LS-SVM中的懲罰因子γ通過電阻R3= yRo來進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過上述的加分環(huán)節(jié)和積分環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)了線性化問題。
[0021]以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本使用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)，其特征在于:包括數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、功率組合預(yù)測單元、功率誤差預(yù)測分析單元、實(shí)時(shí)通信單元和調(diào)度中心服務(wù)器，所述數(shù)據(jù)采集單元的一輸出端依次通過數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、功率組合預(yù)測單元、功率誤差預(yù)測分析單元連接，所述數(shù)據(jù)采集單元的另一輸出端還與功率誤差預(yù)測分析單元連接，所述功率誤差預(yù)測分析單元通過實(shí)時(shí)通信單元與調(diào)度中心服務(wù)器連接，所述數(shù)據(jù)采集單元至少包括一個(gè)風(fēng)向傳感器、一個(gè)風(fēng)力傳感器、一個(gè)濕度傳感器和一個(gè)數(shù)據(jù)采集卡，所述風(fēng)向傳感器、風(fēng)力傳感器和濕度傳感器分別與數(shù)據(jù)采集卡連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)，其特征在于:所述數(shù)據(jù)采集卡采用PCIE采集卡。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)，其特征在于:所述實(shí)時(shí)通信單元包括以太網(wǎng)通信模塊、RS485通信模塊、WiFi通信模塊和CAN通信模塊，其中，以太網(wǎng)通信模塊采用DP83848C芯片，RS485通信模塊采用ADM2483芯片，WiFi通信模塊采用USR-WIFI232-G模塊，CAN通信模塊采用PCA82C50芯片，所述功率誤差預(yù)測分析單元為芯片stm32F407。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)，其特征在于:所述功率組合預(yù)測單元包括NWP預(yù)測處理機(jī)、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器和LS-SVM預(yù)測電路，所述LS-SVM預(yù)測電路至少包括一個(gè)累加器和一個(gè)積分器，所述累加器的輸出端與積分器的輸入端連接，所述積分器的輸出端反饋輸入到累加器的輸入端。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)，其特征在于:所述LS-SVM預(yù)測電路至少還包括一個(gè)延時(shí)反相單元，所述積分器包括運(yùn)算放大器Ul、電阻Rl、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電容C，所述電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4的一端都分別與運(yùn)算放大器Ul的負(fù)極連接，所述運(yùn)算放大器Ul的輸出端分別與電容C的一端、電阻R2的另一端、延時(shí)反相單元的輸入端連接，所述延時(shí)反相單元的輸出端與電阻Rl另一端連接，所述運(yùn)算放大器Ul正極輸入端與地連接，所述電容C的另一端與運(yùn)算放大器Ul的負(fù)極連接。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)，其特征在于:所述延時(shí)反相單元為反相器或RS觸發(fā)器。
【文檔編號(hào)】H02J3/00GK205595791SQ201620217528
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年3月21日
【發(fā)明人】張閣, 楊藝云, 肖靜, 肖園園, 高立克, 李小偉, 黎敏, 郭敏
【申請人】廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院