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《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》2019年度優(yōu)秀論文論文簡(jiǎn)報(bào)

《光伏發(fā)電出力預(yù)測(cè)技術(shù)研究綜述》等15篇優(yōu)秀論文入選《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》2019年度優(yōu)秀論文，榮獲中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)表彰。現(xiàn)將部分獲獎(jiǎng)?wù)撐牡奈恼潞?jiǎn)報(bào)分享給各位讀者，以期促進(jìn)本領(lǐng)域的技術(shù)交流。

準(zhǔn)確的光伏發(fā)電出力預(yù)測(cè)對(duì)于保障高比例光伏接入后系統(tǒng)的安全穩(wěn)定與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要意義。目前我國(guó)對(duì)于光伏發(fā)電出力預(yù)測(cè)技術(shù)的研究尚處于廣泛研究階段，本文對(duì)光伏發(fā)電出力預(yù)測(cè)技術(shù)的研究成果進(jìn)行了歸納總結(jié)。首先，分析了光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展及預(yù)測(cè)現(xiàn)狀；然后，從點(diǎn)預(yù)測(cè)、區(qū)間預(yù)測(cè)和概率預(yù)測(cè)三個(gè)方面，分別對(duì)當(dāng)前的預(yù)測(cè)方法及技術(shù)、預(yù)測(cè)效果的衡量指標(biāo)等進(jìn)行了梳理、歸類、總結(jié)和評(píng)述；最后，根據(jù)目前我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，探討了未來(lái)光伏發(fā)展及出力預(yù)測(cè)的研究方向。

團(tuán)隊(duì)介紹

智能調(diào)度與控制課題組由廣西大學(xué)電氣工程學(xué)院黎靜華教授領(lǐng)頭，由教授、副教授、高級(jí)工程師、助理教授、博士研究生、碩士研究生組成的一支集“產(chǎn)、學(xué)、研、用”于一體的專業(yè)科研團(tuán)隊(duì)，團(tuán)隊(duì)現(xiàn)有40余人。目前已經(jīng)形成電力系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行與控制、廣義負(fù)荷建模與預(yù)測(cè)技術(shù)、可再生能源并網(wǎng)運(yùn)行與控制技術(shù)以及電力裝備研究及其控制技術(shù)等多個(gè)特色鮮明的研究方向。

黎靜華

1982出生，教授，博士生導(dǎo)師，IET Fellow，IEEE Senior Member。全國(guó)寶鋼優(yōu)秀教師、廣西青年科技獎(jiǎng)獲得者、廣西勤廉榜樣先進(jìn)個(gè)人。主要從事電力系統(tǒng)規(guī)劃、運(yùn)行和控制相關(guān)的研究。擔(dān)任廣西大學(xué)電氣工程學(xué)院副院長(zhǎng)，中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)人工智能與電氣應(yīng)用專業(yè)委員會(huì)副秘書(shū)長(zhǎng)，IEEE PES中國(guó)區(qū)可再生能源電力系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行分技術(shù)委員會(huì)副秘書(shū)長(zhǎng)等。主持國(guó)家自然科學(xué)基金3項(xiàng)（面上2，青年1），主持完成國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目子課題1項(xiàng)。以第一完成人獲2020年廣西科學(xué)技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)和中國(guó)電力創(chuàng)新二等獎(jiǎng)各1項(xiàng)，以主要完成人獲湖北省科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)和中國(guó)電力科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)各1項(xiàng)，以主要完成人獲廣西高等教育自治區(qū)教學(xué)成果一等獎(jiǎng)和二等獎(jiǎng)各1項(xiàng)。獨(dú)著專著2部，合作專著3部。以第一作者發(fā)表SCI、EI期刊論文42篇，第一發(fā)明人授權(quán)發(fā)明專利21項(xiàng)，入選ESI高被引論文、F5000論文各1篇。

研究背景

近年來(lái)，太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)利用已成為全球能源轉(zhuǎn)型的重要領(lǐng)域，光伏發(fā)電全面進(jìn)入規(guī)模化發(fā)展階段，呈現(xiàn)出良好的發(fā)展前景。截止2020年，全球光伏發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到760GW，較2019年增長(zhǎng)21.3%，我國(guó)光伏發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到253GW，較2019年增長(zhǎng)23.5%。

由于光伏發(fā)電出力受氣象等因素影響較大，具有較強(qiáng)的間歇性和波動(dòng)性，這些特性使得高比例光伏接入后給電力系統(tǒng)運(yùn)行帶來(lái)挑戰(zhàn)。若能準(zhǔn)確進(jìn)行光伏發(fā)電出力預(yù)測(cè)，不僅可以提高光伏電站運(yùn)營(yíng)效率，而且可以幫助調(diào)度部門(mén)調(diào)整運(yùn)行方式，確保高比例光伏接入后電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

論文方法及創(chuàng)新點(diǎn)

光伏發(fā)電出力預(yù)測(cè)的方法多種多樣，根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)有不同的類別。如圖1所示，根據(jù)預(yù)測(cè)過(guò)程的不同，可分為直接預(yù)測(cè)和間接預(yù)測(cè)；按照預(yù)測(cè)空間尺度的不同，可分為單場(chǎng)站預(yù)測(cè)和區(qū)域預(yù)測(cè)；按照預(yù)測(cè)時(shí)間尺度的不同，可分為超短期預(yù)測(cè)（0～4h）、短期預(yù)測(cè)（0～72h）以及中長(zhǎng)期預(yù)測(cè)（1月～1年）；按照不同預(yù)測(cè)形式，光伏發(fā)電出力的預(yù)測(cè)主要分為點(diǎn)預(yù)測(cè)、區(qū)間預(yù)測(cè)、概率預(yù)測(cè)和場(chǎng)景預(yù)測(cè)。

對(duì)于不同預(yù)測(cè)過(guò)程、不同時(shí)間尺度和不同空間尺度下的光伏發(fā)電出力預(yù)測(cè)，均可以從點(diǎn)預(yù)測(cè)、區(qū)間預(yù)測(cè)、概率預(yù)測(cè)和場(chǎng)景預(yù)測(cè)等不同的形式進(jìn)行預(yù)測(cè)研究。

點(diǎn)預(yù)測(cè)、區(qū)間預(yù)測(cè)、概率預(yù)測(cè)和場(chǎng)景預(yù)測(cè)分別從點(diǎn)、區(qū)間、概率分布函數(shù)、場(chǎng)景等方面，提供可再生能源電力的預(yù)測(cè)信息，如圖2所示。

點(diǎn)預(yù)測(cè)可為可再生能源電力系統(tǒng)制定調(diào)度計(jì)劃提供預(yù)測(cè)的點(diǎn)功率。區(qū)間預(yù)測(cè)可為可再生能源電力系統(tǒng)制定調(diào)度計(jì)劃提供預(yù)測(cè)的功率變化區(qū)間，如圖2中的出力上限曲線與出力下限曲線。概率預(yù)測(cè)基于概率預(yù)測(cè)結(jié)果，可以得到不同置信度水平下的概率區(qū)間，如圖2中10%~90%置信水平下的預(yù)測(cè)區(qū)間。場(chǎng)景預(yù)測(cè)可得到多個(gè)可再生能源電力可能發(fā)生的場(chǎng)景，如圖2中的多場(chǎng)景預(yù)測(cè)曲線。

區(qū)間預(yù)測(cè)、概率預(yù)測(cè)及場(chǎng)景預(yù)測(cè)技術(shù)突破了單一點(diǎn)功率預(yù)測(cè)的局限，可以獲得更加全面準(zhǔn)確的可再生能源電力預(yù)測(cè)信息。區(qū)間預(yù)測(cè)、概率預(yù)測(cè)以及場(chǎng)景預(yù)測(cè)方法的對(duì)比分析如表1所示。

圖1 光伏發(fā)電出力預(yù)測(cè)方法分類

圖2 光伏發(fā)電出力點(diǎn)-區(qū)間-概率-場(chǎng)景預(yù)測(cè)示意圖

表1 區(qū)間預(yù)測(cè)、概率預(yù)測(cè)以及場(chǎng)景預(yù)測(cè)方法對(duì)比

常用區(qū)間預(yù)測(cè)、概率預(yù)測(cè)以及場(chǎng)景預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的應(yīng)用特點(diǎn)以及適用范圍歸納總結(jié)如表2所示。

表2 區(qū)間預(yù)測(cè)、概率預(yù)測(cè)以及場(chǎng)景預(yù)測(cè)指標(biāo)

結(jié)論

本文簡(jiǎn)要介紹了目前我國(guó)光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀、光伏發(fā)電出力的預(yù)測(cè)水平及國(guó)內(nèi)外預(yù)測(cè)系統(tǒng)，從點(diǎn)預(yù)測(cè)、區(qū)間預(yù)測(cè)和概率預(yù)測(cè)對(duì)光伏發(fā)電出力預(yù)測(cè)技術(shù)進(jìn)行了較為全面的梳理、歸納和評(píng)述，并對(duì)未來(lái)光伏發(fā)展及出力預(yù)測(cè)等方面進(jìn)行展望，得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

1）隨著大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)的發(fā)展，點(diǎn)預(yù)測(cè)中元啟發(fā)式學(xué)習(xí)方法和組合方法將會(huì)受到更多學(xué)者的關(guān)注。

2）當(dāng)前的研究主要集中在點(diǎn)預(yù)測(cè)，區(qū)間預(yù)測(cè)和概率預(yù)測(cè)將是未來(lái)光伏發(fā)電出力預(yù)測(cè)的重要研究方向之一。區(qū)間預(yù)測(cè)的關(guān)鍵是盡可能縮小光伏發(fā)電出力落入?yún)^(qū)間的范圍，概率預(yù)測(cè)的關(guān)鍵是準(zhǔn)確預(yù)測(cè)光伏發(fā)電出力的概率分布和提高算法的適用性。

3）對(duì)于預(yù)測(cè)精度評(píng)價(jià)方面，采用多種指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)是較為科學(xué)的。MAE、MAPE、RMS和RMSE是點(diǎn)預(yù)測(cè)常用的指標(biāo)，PICP、PINAW和IS是區(qū)間預(yù)測(cè)常用的指標(biāo)，RSS、Theil系數(shù)、RPS和CPI是概率預(yù)測(cè)常用的指標(biāo)。

4）掌握光伏發(fā)電電力固有的間歇性、波動(dòng)性等特征是提高預(yù)測(cè)水平的難點(diǎn)之一，深度挖掘光伏發(fā)電出力的特性和研究精細(xì)化、有針對(duì)性的預(yù)測(cè)軟件是未來(lái)研究的重要內(nèi)容。

引用本文

賴昌偉, 黎靜華, 陳博, 黃玉金, 韋善陽(yáng). 光伏發(fā)電出力預(yù)測(cè)技術(shù)研究綜述[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2019, 34(6): 1201-1217. Lai Changwei, Li Jinghua, Chen Bo, Huang Yujin, Wei Shanyang. Review of Photovoltaic Power Output Prediction Technology. Transactions of China Electrotechnical Society, 2019, 34(6): 1201-1217.