Q GDW 1995-2013 光伏发电功率预测系统功能规范.pdf

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1、Q/GDW 201 1 国家电网公司企业标准 Q / GDW 1995 2013 光伏发电功率预测系统功能规范 Function specification of PV power forecasting system 2014-05-01 发布 2014-05-01 实施 国家电网公司 发 布 Q/GDW ICS 29.240 备案号： CEC 668-2012 Q/GDW 1995 2013 I 目 次 前言 1 范围 1 2 规范性引用文件 1 3 术语和定义 1 4 系统功能 2 5 安全防护要求 5 6 性能要求 5 附录 A（资料性附录） 数据统计计算方法 6 附录 B（规范性附录

2、） 误差计算方法 7 编制说明 9 Q/GDW 1995 2013 II 前 言 为了规范电网调度机构和光伏发电站的光伏发电功率预测系统的建设，并指导系统的研发、验收和 运行，特制定光伏发电功率预测系统功能规范。 本标准由国家电网公司电力调度控制中心提出并解释。 本标准由国家电网公司科技部归口。 本标准主要起草单位：中国电力科学研究院、国网电力科学研究院。 本标准主要起草人：崔方、周海、丁杰、吴福保、程序、陈颖、王知嘉、谭志萍、周强、朱想。 本标准首次发布。 Q/GDW 1995 2013 1 光伏发电功率预测系统功能规范 1 范围 本文件规定了光伏发电功率预测系统的功能，主要包括数据采集与处

3、理、光伏发电功率预测、统计 分析、界面要求、系统权限管理，以及系统安全防护、数据输出及性能指标等项要求。 本文件适用于指导 10MW 及以上容量光伏发电站和电网调度机构的光伏发电功率预测系统的建设， 系统的研发、验收和运行可参照使用。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 电监会 5 号令 电力二次系统安全防护规定 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 3.1 光伏发电单元 photovoltaic（ PV） power unit 光伏发电站中

4、，一定数量的光伏组件通过串并联方式，通过直流汇流箱和直流配电柜多级汇集，经 光伏逆变器与单元升压变压器一次升压成符合电网频率和电压要求的电源。这种一定数量光伏组件串的 集合称为光伏发电单元。 3.2 数值天气预报 numerical weather prediction 在一定的初值和边值条件下，通过数值方法求解描写天气演变过程的大气运动方程组，预测未来一 定时段的大气运动状态和天气现象的方法。 3.3 光伏发电功率预测 PV power forecasting 根据气象条件和光伏发电站运行状态，分析光伏发电站发电功率的影响因子及其变化规律，预测未 来一定时段有功功率。 3.4 短期光伏发电功

5、率预测 short term PV power forecasting 预测光伏发电站次日零时至未来 72h 的有功功率，时间分辨率为 15min。 3.5 超短期光伏发电功率预测 ultra-short term PV power forecasting 预测光伏发电站未来 15min 至 4h 的有功功率，时间分辨率为 15min。 3.6 日出 sunrise 太阳上升时，日面上边缘与地平圈相切的时刻。 3.7 日没 sunset 太阳下落时，日面上边缘与地平圈相切的时刻。 Q/GDW 1995 2013 2 3.8 可照时数 duration of possible sunshine

6、日出到日没太阳的可能光照时数，又称天文可照时数。 3.9 日照时数 sunshine duration 太阳直射辐照度达到或超过 120W/m 2 的时间段的总和，又称实照时数。 3.10 曝辐量 radiant exposure 给定时间段内辐照度的积分总量。 4 系统功能 4.1 数据采集与处理 4.1.1 总体要求 光伏发电功率预测系统应用的所有数据均可实现自动采集、处理及存储。特殊情况下历史数据、缺 测数据和异常数据均可通过手动方式实现数据补录或订正。 4.1.2 基础信息录入 基础信息录入内容包括： a） 光伏发电站名称、所处区域的经纬度范围、海拔高度范围； b） 光伏发电站的装机容

7、量、光伏发电站单元数量、逆变器类型、组件类型、跟踪方式； c） 光伏发电单元信息应包括逆变器转换效率曲线和单个光伏组件的面积、额定容量、峰值功率 - 组件温度曲线、峰值功率 -辐照度曲线，以及光伏组件数量等； d） 自动气象站的经度、纬度、海拔高度，以及站址变更信息。 4.1.3 历史数据录入 历史数据录入内容包括： a） 光伏发电站历史运行数据： 1） 光伏发电站历史运行数据至少包括并网点有功功率、开机容量、逆变器工作状态、光伏发 电单元故障记录等； 2） 应包括光伏发电站投运后的全部历史数据； 3） 有功功率数据的时间分辨率应为 5min 平均值。 b） 自动气象站历史监测数据： 1） 历

8、史监测数据应至少包括总辐射、直接辐射、散射辐射、组件温度、气温、相对湿度、气 压、风速及风向； 2） 应包括自动气象站建站后的全部历史监测数据； 3） 数据的时间分辨率应为 5min。 4.1.4 实时数据采集 光伏发电功率预测系统的实时数据采集应包括： a） 光伏发电站实时运行数据的采集： 1） 光伏发电站实时运行数据至少包括并网点有功功率、开机容量、逆变器工作状态、光伏发 电单元故障记录等； 2） 调度端光伏发电功率预测系统应通过电力调度数据网从光伏发电站端获取； 3） 电站端光伏发电功率预测系统应从光伏发电站计算机监控系统获取； 数据的时间分辨率应为 5min。 b） 气象数据的实时采集

9、： Q/GDW 1995 2013 3 1） 数据类型应包括总辐射、直接辐射、散射辐射、组件温度、气温、相对湿度、气压、风速 及风向等； 2） 调度端光伏发电功率预测系统应通过电力调度数据网从光伏发电站端获取； 3） 数据的时间分辨率应为 5min。 4.1.5 数值天气预报 数值天气预报数据应满足以下要求： a） 数值天气预报辐射数据至少应包括预报区域地表 400-1100nm 和 280-3000nm 两个波段； b） 数值天气预报辐射数据的类型至少应包括： 水平面总辐射辐照度、 水平面太阳散射辐射辐照度、 垂直于太阳入射光的直接辐射辐照度以及风速、风向、气温、相对湿度、气压等气象要素预

10、报值； c） 每日预报次数不少于 2 次，单次预报的时效应至少为 72h，时间分辨率为 15min； d） 数值天气预报宜包括预报区域次日常规天气预报（天空总云量、累计降水量等） ，预测数据时 间分辨率不低于 3h。 4.1.6 数据处理 所有数据存入数据库前应进行以下处理： a） 完整性检验： 1） 数据数量应不低于起止记录时间内预期样本数量的 99%； 2） 数据的时间标识应严格遵守起止记录时间，且中间连续。 b） 应对光伏发电站有功功率、数值天气预报、气象监测等数据进行异常数据超限检验，可手动设 置限值范围。 c） 异常及缺测数据的处理： 1） 缺测及异常数据应予特殊标示； 2） 所有缺

11、测和异常数据均可人工补录或订正，经过订正的数据应予特殊标示； 3） 异常及缺测数据录入数据库前应予标识，并在产品说明书中明确标识。 4.1.7 数据存储 数据的存储应符合下列要求： a） 应存储系统运行期间接收的全部数值天气预报数据和光伏发电站自动气象站监测数据； b） 应存储系统运行期间所有时刻的并网点有功功率、开机容量、逆变器工作状态、光伏发电单元 故障记录； c） 应存储每次执行的短期、超短期预测数据； d） 预测曲线经过人工修正后应存储修正前后的所有预测结果； e） 所有数据应至少保存 3 年。 4.2 光伏发电功率预测 应根据光伏发电站的具体特点，采用适当的预测方法构建预测模型，在此

12、基础上建立光伏发电站 功率预测系统，要求有： a） 光伏发电功率预测总体要求： 1） 应具备短期、超短期光伏发电功率预测功能； 2） 短期光伏发电功率预测应能设置每日预测的启动时间及次数，支持自动启动和手动启动； 3） 超短期光伏发电功率预测应每 15min 自动预测一次，自动滚动执行。 b） 光伏发电功率预测空间要求： 1） 光伏发电功率预测的最小单位为单个光伏发电站； 2） 调度端的光伏发电功率预测系统应能实现调度管辖范围内单个或多个光伏发电站的有功 功率预测。 Q/GDW 1995 2013 4 4.3 数据输出 光伏发电功率预测系统的数据输出应符合下列要求： a） 电站端光伏发电功率预

13、测系统应具备向调度机构上报光伏发电站短期、超短期光伏发电功率预 测数据的功能； b） 电站端光伏发电功率预测系统向调度机构上报光伏发电功率预测曲线的同时，应上报与预测曲 线相同时段的光伏发电站预计开机容量； c） 电站端光伏发电功率预测系统应能够向上级调度机构实时上传光伏发电站气象监测站的气象 监测数据； d） 调度端光伏发电功率预测系统应能够向新能源调度系统提供预测结果。 4.4 统计分析 4.4.1 数据统计 光伏发电功率预测系统的数据统计应至少满足以下指标要求： a） 历史功率数据统计应包括数据完整性统计、出现频率分布统计、变化率统计； b） 历史气象监测数据统计应包括数据完整性统计、辐

14、照度频率分布统计，以及逐日可照时数、日 照时数、曝辐量等； c） 历史数值天气预报数据统计应包括畅通率统计、误差频率分布统计等； d） 短期光伏发电功率预测月计划申报畅通率； e） 站址日出、日落时间统计，及逐日日照时间统计功能； f） 指标的计算方法参见附录 A。 4.4.2 相关性校验 能对同一时段实际功率数据、预测功率数据，以及同一时段气象监测数据、数值天气预报数据进行 相关性校验，根据分析结果，给出数据不确定性可能引入的误差。 4.4.3 预测误差分析 光伏发电功率预测系统的预测误差分析应满足以下要求： a） 功率预测的误差统计指标至少应包括均方根误差、合格率、平均相对误差、相关系数，

15、各指标 的计算方法参见附录 B； b） 均方根误差、合格率、平均相对误差分析的最小时间单位为日，月、年及任意时段的分析为该 时段内各日统计值的算术平均。 4.5 界面的基本功能 界面是光伏发电功率预测系统的重要组成部分，其中： a） 展示界面： 1） 应支持单个或多个光伏发电站实时信息的地图形式显示，包括光伏发电站的分布、光伏发 电站的实时功率及预测功率； 2） 应支持单个或多个光伏发电站有功功率的曲线展示，宜同时显示预测曲线、实际功率曲线 及预测误差带；调度端光伏发电功率预测系统还应能够同时显示光伏发电站上报预测 曲线； 3） 应支持不同预测结果的同步显示； 4） 应支持数值天气预报数据、实

16、际功率、预测功率的对比，及不同来源数值天气预报产品及 同类型实测气象要素的同步展示，提供图形、表格等多种可视化手段； 5） 应支持地表总辐射、直接辐射、散射辐射，以及气温、气压、湿度等气象要素的展示； 6） 应支持统计分析数据的展示； 7） 监视数据更新周期应不大于 5min； 8） 展示数据的更新周期应与数据更新周期一致； Q/GDW 1995 2013 5 9） 页面调用响应时间应小于 15 秒； 10） 应具备系统异常告警信息的查询与展示。 b） 操作界面： 1） 应具备光伏发电站运行及预测信息查询选项； 2） 应具备开机容量设置及查询页面； 3） 应支持预测曲线的人工修改； 4） 应支

17、持光伏发电站基本信息的录入、修改和查询功能； 5） 应支持设备检修计划的录入功能； 6） 应支持异常数据阈值设置和处理。 c） 统计查询界面： 1） 应支持光伏发电站基本信息的查询； 2） 应支持预测结果统计信息的查询； 3） 应支持历史功率数据统计信息的查询； 4） 应支持历史数值天气预报数据统计信息的查询； 5） 应支持历史气象监测数据统计信息的查询。 4.6 权限管理 系统应具备用户管理功能，支持用户级别和权限设置，应包括系统管理员、运行操作人员、浏览用 户等权限设置功能： a） 系统管理员具有对用户角色定义进行查询、插入、修改、删除等权限； b） 运行操作人员应有对系统特定数据进行查询

18、、插入、修改、删除等权限； c） 普通浏览用户仅具有查询权限； d） 系统应具备日志功能，记录用户操作行为。 5 安全防护要求 光伏发电功率预测系统作为调度技术支持系统之一， 应满足以下要求： a） 光伏发电功率预测系统应符合电力二次系统安全防护规定； b） 光伏发电功率预测系统应满足电力调度数据网接入要求； c） 调度端系统应运行于电力系统安全区。 6 性能要求 光伏发电功率预测系统应至少满足以下指标要求： a） 调度端光伏发电功率预测系统应至少可扩容至 200 个光伏发电站； b） 光伏发电功率预测单次计算时间 5min； c） 光伏发电短期功率预测中次日 0-24h 预测月均方根误差 2

19、0%； d） 光伏发电短期功率预测月合格率 80%； e） 超短期第 4h 预测结果的月均方根误差 15%； f） 电站端光伏发电功率预测系统的短期光伏发电功率预测月计划申报畅通率宜为 100%； g） 光伏发电功率预测系统硬件可靠性 99%。 Q/GDW 1995 2013 6 附 录 A （ 资料性附录 ） 数据统计计算方法 A.1 计划申报畅通率 （ CR） 错误！未找到引用源。 100% i i n CR N （ A.1） A.2 频率分布 （ f） , 100% i i i ffin m f M （ A.2） 式中： in 月（年）成功上报的次数 iN 月（年）应上报的次数 im 月

20、（年）某一数值区间内的样本数 M 月（年）总样本数 Q/GDW 1995 2013 7 附 录 B （ 规范性附录 ） 误差计算方法 B.1 均方根误差（ RMSE） 2 1 1 n Mi Pi i i PP RMSE nCap （ B.1） B.2 合格率（ QR） 1 1 100% 1 1 0.75 0 1 0.75 n i i Mi Pi i Mi Pi QR B n PP Cap B PP Cap （ B.2） B.3 平均相对误差（ MRE） 1 n MiPi i PP MAE Cap n （ B.3） B.4 相关系数（ r） 1 22 11 n MP Mi Pi i nn MP

21、Mi Pi ii PP PP r PP P （ B.4） 式中： Mi P i 时刻的实际功率 Pi P i 时刻的预测功率 MP 所有样本实际功率的平均值 PP 错误！未找到引用源。 所有预测功率样本的平均值 iCap 日平均开机容量 n 日样本个数 Q/GDW 1995 2013 8 Q/GDW 1995 2013 9 光伏发电功率预测系统功能规范 编 制 说 明 Q/GDW 1995 2013 10 目 次 一、编制背景 11 二、编制主要原则 11 三、与其他标准文件的关系 11 四、主要工作过程 11 五、标准结构和内容 11 六、条文说明 11 Q/GDW 1995 2013 11

22、 一、 编制背景 随着全球能源危机和气候变化的不断加剧，世界各国逐步将目光聚焦于风力发电、太阳能发电等可 再生能源领域。我国太阳能资源储量丰富、分布地域广阔，具备大规模发展的可行性。在可预计的将来， 光伏发电产业的有序健康发展将为我国能源结构优化、环境保护及经济社会可持续发展提供重大推 动作用。 近年来，国家新能源发展战略和产业链的不断完善激发了光伏发电站的投资热情，但由于光伏发电 站本身的间歇性出力波动特性，大规模并网情况下将对电网安全稳定运行产生负面影响。为推动光伏发 电站与接纳光伏能源电力系统间的协调运行，提高太阳能资源利用率，本标准根据国家电网公司关于 下达公司第一批重点推广新技术相关

23、标准制修订计划的通知 （国家电网科 20111296 号）要求，编制 光伏功率预测系统功能规范企业标准。 二、编制主要原则 标准编制的主要原则是遵守现有相关法律、条例、标准和导则等，兼顾电网运行的太阳能发展 的要求。 三、与其他标准文件的关系 本标准引用了电监会 5 号令电力二次系统安全防护规定 。 四、主要工作过程 本项目的工作过程如下： a） 2011 年 8 月至 9 月，确立编研工作总体目标，构建组织机构，确定参编单位及人员，开展课题 前期研究工作。 b） 2011 年 10 月至 12 月，广泛调研各网省公司及光伏电站的具体应用需求，并详细查阅国内外在 该领域的研究水平，确定标准框架

24、和初步内容。 c） 2012 年 1 月至 4 月，根据调研结果，结合我国其他相关标准中的要求，编写本标准的初稿。 d） 2012 年 10 月，国家电网公司电力调度控制中心在北京组织召开了初审会，根据专家意见进行 修改，形成标准的征求意见稿。 e） 2012 年 11 月，国家电网公司电力调度控制中心在北京组织召开了送审稿审查会，根据专家意 见进行修改，形成标准的报批稿。 五、标准结构和内容 本标准参照 GB/T 1.1 2009标准化工作导则第 1 部分： 标准的结构和编写规则 和 DL/T600 2001 电力行业标准编写基本规定 。标准的主要结构和内容如下： a） 目次； b） 前言；

25、 c） 标准正文，共设 6 章：范围、规范性引用文件、术语和定义、系统功能、系统安全防护要求、 系统性能要求； d） 附录 A：数据统计计算方法； e） 附录 B：误差计算方法。 六、条文说明 本标准内容的主要条款分析和说明如下： Q/GDW 1995 2013 12 1 范围 本规范提出了光伏功率预测系统功能要求。 本规范适用于指导电网调度机构和光伏发电站的光伏功率预测系统的建设，系统的研发、验收和运 行可参照使用。 2 规范性引用文件 本标准借鉴了 Q/GDW 588 2011 风电功率预测功能规范标准中对风电功率预测功能要求部分的相 关内容及电力二次系统安全防护规定。编制了光伏功率预测系

26、统特有的辅助决策类信息及系统功能的 要求。 3 术语和定义 3.6 可照时数 用于规范光伏发电站功率预测的起止时间。 4 系统功能 4.1.1 历史数据录入 光伏发电站历史数据录入是光伏功率预测系统一项非常重要的功能。其中，准静态信息包括光伏发 电站基础信息；预测建模应用数据包括历史功率数据、历史工况数据和气象要素历史记录等。 4.2.3 预测的时间要求 与负荷预测及风电功率预测相一致，光伏功率预测的时间分辨率要求为不低于 15min。但由于局地 可照时数显著区别于常规能源和风力发电，因而光伏功率预测在时间要求上明确提出预测的有效输出值 仅限于局地可照时数。 4.3.1 数据统计 本节所述 “

27、频率分布 ”主要反映历史功率数据、历史气象监测数据和历史数值天气预报数据等信息的 特定区间数据样本在总体样本中的比重，一般采用频率分布直方图展示。 4.5 系统权限管理 该项内容从系统操作权限角度强调了光伏功率预测系统稳定和信息安全问题。同时，由于光伏功率 预测系统的整体研发周期包括投运后一定验证阶段，为满足预测模型优化、预测结果有效参与新能源调 度计划等环节的应用，系统存储的信息需要进行严格的管理，预防数据误操作等情况对原始研究样本的 影响。通常采取的处理手段包括数据变更权限管理、运维操作日志记录等。 7 系统性能要求 增加“电站端光伏功率预测系统的气象要素监测月计划申报通畅率” 、 “电站端光伏功率预测系统的 短期光伏功率预测月计划申报通畅率”要求。