2月11日上午，在新能源與儲能運行控制國家重點實驗室，中國電力科學(xué)研究院有限公司新能源研究中心電力氣象團隊成員研判即將影響我國大部分地區(qū)的新一輪強冷空氣天氣。他們通過分析實時天氣形勢、數(shù)值天氣預(yù)報、實時電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)、新能源發(fā)電功率預(yù)測偏差特征，進一步提升新能源發(fā)電出力預(yù)測精度。

新能源研究中心電力氣象團隊研發(fā)人員開展電力氣象研判評估工作。中國電科院供圖

　　新能源出力主要由自然風(fēng)速大小和太陽輻照度強弱決定。近年來，大規(guī)模新能源發(fā)電并網(wǎng)給電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行帶來了挑戰(zhàn)。開展新能源發(fā)電功率預(yù)測，不斷提升預(yù)測精度是應(yīng)對挑戰(zhàn)的有效手段之一。中國電科院新能源研究中心電力氣象團隊潛心研究，結(jié)合工程實踐反饋從新能源發(fā)電功率預(yù)測各個環(huán)節(jié)發(fā)力，促進預(yù)測結(jié)果的持續(xù)優(yōu)化。目前，基于團隊科研成果，國家電網(wǎng)有限公司經(jīng)營區(qū)所有省級及以上電力調(diào)控機構(gòu)和并網(wǎng)新能源發(fā)電場站均具備功率預(yù)測能力，并陸續(xù)形成了成熟的技術(shù)體系。

　　定制化數(shù)值天氣預(yù)報實現(xiàn)人工智能點對點訂正

　　“新能源發(fā)電功率預(yù)測包含氣象預(yù)報、預(yù)測模型、結(jié)果處理三個環(huán)節(jié)。氣象預(yù)報是最基本的輸入數(shù)據(jù)，新能源發(fā)電功率預(yù)測誤差的60%以上源自這一環(huán)節(jié)。”中國電科院新能源研究中心副主任馮雙磊介紹道。

　　為兼顧電力發(fā)輸變設(shè)備所處氣象環(huán)境的復(fù)雜性，新能源研究中心電力氣象團隊在2010年9月建設(shè)了國內(nèi)首個用于電力生產(chǎn)運行的大型數(shù)值天氣預(yù)報中心，開啟電力氣象的研發(fā)和技術(shù)支撐工作。

　　數(shù)值天氣預(yù)報中心目前有刀片服務(wù)器600臺、計算核16080顆，存儲容量達2.65拍字節(jié)(PB)，還有運算速度達到400萬億次/秒的高性能計算機集群，以及極軌和靜止氣象衛(wèi)星接收裝置，形成了支撐電網(wǎng)安全、設(shè)備運維及新能源電量消納的全方位、立體化電力氣象研發(fā)體系。

　　新能源研發(fā)中心電力氣象團隊負責(zé)人王勃介紹：“我們的電力氣象研發(fā)體系包括實時四維數(shù)據(jù)同化、快速循環(huán)更新、集合概率預(yù)報等先進技術(shù)的電力氣象數(shù)值預(yù)報模式系統(tǒng)，可以收集到每日40吉字節(jié)(GB)的全國氣象臺站觀測和電力生產(chǎn)運行專業(yè)氣象數(shù)據(jù)，實現(xiàn)新能源發(fā)電功率預(yù)測分析，支撐新能源電量高效消納。”

　　團隊還基于天氣的不確定性，借助人工智能技術(shù)，實現(xiàn)對風(fēng)速、輻照度預(yù)報結(jié)果的點對點訂正，優(yōu)化了氣象預(yù)報結(jié)果，顯著提升了數(shù)值天氣預(yù)報的要素預(yù)報準(zhǔn)確性。

　　在全球氣候變化的背景下，大風(fēng)、高溫、寒潮、強對流等極端天氣發(fā)生頻率增加和災(zāi)害程度加重的趨勢愈發(fā)明顯。團隊密切監(jiān)視電網(wǎng)高影響天氣變化過程，應(yīng)用定制化數(shù)值天氣預(yù)報及預(yù)報結(jié)果訂正技術(shù)，從新能源發(fā)電功率預(yù)測的輸入數(shù)據(jù)優(yōu)化入手，更準(zhǔn)確體現(xiàn)天氣事件的發(fā)生強度和發(fā)生范圍，開展新能源供電保障能力預(yù)測，為極端天氣條件下的新能源保供電提供堅強數(shù)據(jù)支撐。同時, 2017年以來，團隊關(guān)注暴雨、大風(fēng)、寒潮等電網(wǎng)災(zāi)害性天氣，以數(shù)據(jù)傳輸和報文等形式定時定點發(fā)布高分辨率電力氣象預(yù)報，為公司各單位有效應(yīng)對汛情提供堅強技術(shù)支撐，充分發(fā)揮了電力氣象防災(zāi)減災(zāi)第一道防線的作用，為電網(wǎng)安全運行保駕護航。

　　功率預(yù)測新模式提升網(wǎng)格化預(yù)測精度

　　新能源發(fā)電功率預(yù)測技術(shù)的核心是挖掘表征天氣變化的數(shù)值天氣預(yù)報和新能源發(fā)電場站功率變化的關(guān)系。如果天氣預(yù)報不準(zhǔn)，就會使新能源發(fā)電功率預(yù)測產(chǎn)生較大的誤差。新能源研究中心電力氣象團隊對此提出了面向天氣過程的功率預(yù)測新模式。2月8日，團隊在分析天氣形勢的基礎(chǔ)上，通過大數(shù)據(jù)挖掘手段，作出了大風(fēng)過程可能偏離既定線路、繞過河西走廊的研判，及時修正了甘肅地區(qū)新能源發(fā)電功率的預(yù)測結(jié)果，當(dāng)日預(yù)測結(jié)果的極大誤差由40%降至15%以內(nèi)。

　　隨著新型電力系統(tǒng)加快構(gòu)建，新能源發(fā)電裝機規(guī)?？焖僭鲩L，原有新能源發(fā)電功率預(yù)測方法缺乏對區(qū)域數(shù)值天氣預(yù)報中時空關(guān)聯(lián)信息的挖掘，預(yù)測誤差偏大。但在實際應(yīng)用中，計劃安排、市場交易等工作對更靈活準(zhǔn)確的預(yù)測服務(wù)提出了更高要求。

　　團隊依托國家重點研發(fā)計劃項目，在“集中預(yù)測-定向發(fā)布”預(yù)測模式上取得創(chuàng)新性突破。團隊建立了覆蓋全國的新能源發(fā)電功率預(yù)測平臺，使預(yù)測時長、預(yù)測精度等均有質(zhì)的提升，實現(xiàn)單次預(yù)測時長7天，省級新能源發(fā)電集群的日前預(yù)測精度大于90%，超短期預(yù)測精度大于95%，顯著縮短了預(yù)測服務(wù)的響應(yīng)時間，精準(zhǔn)實現(xiàn)了公司經(jīng)營區(qū)新能源場站的快速全面覆蓋和預(yù)測精度提升。

　　目前，新能源發(fā)電功率預(yù)測平臺覆蓋全國6000余座新能源場站，并通過創(chuàng)新型預(yù)測服務(wù)模式，為公司各分部和各省級電力公司提供中長期電量預(yù)測、短期功率預(yù)測、概率預(yù)測、衛(wèi)星云圖預(yù)測等服務(wù)。

　　團隊還依托大數(shù)據(jù)平臺，輸入網(wǎng)格化數(shù)值天氣預(yù)報數(shù)據(jù)、輸出集群功率，利用數(shù)據(jù)挖掘手段，構(gòu)建氣象組和因子，建成基于高維數(shù)據(jù)的深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)模型，實現(xiàn)對區(qū)域新能源發(fā)電集群功率的總體預(yù)測，具有較高的建模效率。新型功率預(yù)測模式相較于原有的離線建模-現(xiàn)場部署運行模式，在預(yù)測時長、預(yù)測精度、系統(tǒng)運維效率等方面均有提升，有力支撐了公司各級調(diào)度的新能源發(fā)電功率預(yù)測。

　　預(yù)測結(jié)果在線修正大幅提升結(jié)果應(yīng)用水平

　　新能源發(fā)電功率預(yù)測的第三個環(huán)節(jié)是結(jié)果處理，包括預(yù)測結(jié)果優(yōu)化、偏差區(qū)間評估等，這一步直接決定了預(yù)測結(jié)果的準(zhǔn)確性和可用性。實際工作中，優(yōu)化新能源發(fā)電功率預(yù)測模型時，一般以年度均方根誤差最小，即年內(nèi)波動較小為目標(biāo)。這就使得預(yù)測結(jié)果客觀上趨向“中庸”，即預(yù)測結(jié)果低出力“下不去”、高出力“上不來”。針對這一現(xiàn)象，新能源研究中心電力氣象團隊結(jié)合實時運行數(shù)據(jù)實現(xiàn)對預(yù)測結(jié)果的在線修正，提高了預(yù)測結(jié)果可用性。

　　2022年年初，團隊以吉林等地為試點，建立了云端協(xié)同預(yù)測機制。團隊依托集中預(yù)測平臺和調(diào)度端預(yù)測系統(tǒng)，基于實時運行數(shù)據(jù)，通過天氣形勢研判、橫縱向預(yù)測偏差形態(tài)特征挖掘及糾正，滾動更新原有預(yù)測結(jié)果并實時回傳新的預(yù)測結(jié)果，突破了原有預(yù)測技術(shù)的局限性。吉林調(diào)度端的預(yù)測精度提升了2.55個百分點，有效支撐了新能源電量消納和電力保供。在用電高峰或極端天氣發(fā)生的關(guān)鍵時期，團隊利用這一技術(shù)對預(yù)測結(jié)果進行了手動應(yīng)急優(yōu)化，提高了新能源發(fā)電功率預(yù)測準(zhǔn)確性，支撐了電力系統(tǒng)的供需平衡。

　　團隊立足預(yù)測氣象多種技術(shù)的深度融合，面向重大活動保電任務(wù)，以及夏季高溫干旱、冬季寒潮暴雪等電網(wǎng)高影響天氣威脅，組建電力氣象7×24小時應(yīng)急專班，全年常態(tài)化發(fā)布中長期、月、周、日多尺度電力氣象預(yù)報預(yù)測信息，每日開展新能源發(fā)電功率預(yù)測會商，專人值守隨時響應(yīng)，加密發(fā)報頻次，支撐新型電力系統(tǒng)主動應(yīng)對氣象災(zāi)害影響。

　　基于多年在發(fā)電功率預(yù)測和電力氣象方面的研究成果，團隊2020年主導(dǎo)發(fā)布國際標(biāo)準(zhǔn)《可再生能源發(fā)電功率預(yù)測》(IEC TR 63043)。這是國際電工委員會1906年成立至今第一個關(guān)于可再生能源發(fā)電功率預(yù)測的國際標(biāo)準(zhǔn)，引領(lǐng)了該領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展方向，有力提升了我國在新能源發(fā)電并網(wǎng)領(lǐng)域的國際話語權(quán)。（王姝 張菲）