风电运维 | 新能源功率预测系统集中式接入管理方案探讨

在能源危机和全球变暖的时代背景下，近年来新能源技术飞速发展，装机容量显著提升，到2020年底，全国风电和太阳能发电装机容量已达到5.35亿千瓦[1]。随着碳达峰、碳中和目标的提出和以新能源为主体的新型电力系统建设，风电、太阳能发电等新能源发电在未来十年内将迎来新的一轮发展高潮。

新能源区域集中式功率预测系统能够采集区域内各新能源场站上传的机组、方阵实时运行数据、气象站数据、短期与超短期预测文件、告警信息等，结合外部数值天气预报，可以对所属新能源场站进行独立的功率预测，并实现对所有场站功率预测业务的集中式管理，以提高数据的利用率和预测的准确性。

1.1 系统架构

新能源区域集中式功率预测系统的架构与新能源场站的风电/光伏发电功率预测系统基本一致，由功率预测主服务器、工作站、交换机、反向隔离装置、天气预报下载服务器、硬件防火墙等组成，系统架构如图1所示。

图1 新能源区域集中式功率预测系统的系统架构图

根据《电力监控系统安全防护规定》《电力监控系统安全防护总体方案》和《发场站监控系统安全防护方案》，新能源区域集中式功率预测系统主要位于生产控制大区中的非控制区，因涉及互联网中的天气预报下载，还延伸到管理信息大区。其中，功率预测主服务器部署在区域集控中心的生产控制大区（非控制区），完成数据采集、历史存储、功率预测、结果上传及WEB发布等功能；天气预报下载服务器部署在管理信息大区，通过硬件防火墙实时从气象机构获取包含数值天气预报在内的数据文件；反向隔离装置负责管理信息大区与生产控制大区（非控制区）之间的气象数据交换，将管理信息大区的气象文本文件从天气预报下载服务器传到位于生产控制大区（非控制区）的主服务器；用户可通过工作站完成对区域集中式功率预测系统的监视和维护工作。

新能源区域集中式功率预测系统采用调度数据网和运营商数据专线与各场站的功率预测系统进行通信，采集各场站功率预测系统的数据、信息。在纵向网络安全方面，分别在区域集控中心和场站两侧设置经国家指定部门检测认证的电力专用纵向加密认证装置，实现双向身份认证、数据加密和访问控制，网络拓扑如图2所示。

图2 新能源区域集中式功率预测系统网络拓扑图

1.2 数据采集

由于各场站使用的功率预测系统厂家不一，从系统底层架构到预测算法、上传调度的传输方式均各不相同，结合运维管理、统计分析等实际业务需求，新能源区域集中式功率预测系统形成了统一的数据采集规范，包括短期、超短期预测数据、天气预报文件、测风塔（或环境监测仪）数据、场站功率预测状态文件等5项内容。

1.2.1 数据采集规范

集中式功率预测系统采集的据包括实时数据和非实时数据。为保证数据传输的可靠性，在满足网络安全的前提下，实时数据推荐使用102或104协议传输，非实时数据推荐使用102或SFTP协议将数据转为文件格式传输。

风电场传输的实时数据包括外送线路有功功率、风机风速、风机状态、测风塔风速和风向等，光伏电站传输的实时数据包括外送线路有功功率、辐照度、环境监测仪监测数据等，通过102或104协议将实时数据转发至新能源区域集中式功率预测主服务器。

新能源场站传输的非实时数据包括短期预测文件、超短期预测文件、天气预报文件、子站功率预测状态文件等数据，通过102或SFTP协议将非实时数据经过调度数据网或运营商数据专线上传到集控中心数据采集前置服务器，由前置服务器将文件同步转发至新能源区域集中式功率预测主服务器。

1.2.2 预测文件格式

考虑到短期、超短期预测数据已在场站功率预测系统中生成，为减少研发工作量，统一按照各场站上传调度的短期、超短期预测文件格式，按照相关预测文件上报调度的时间节点同步转发至集控中心。

1.2.3 天气预报文件格式

考虑到各场站每日下载的气象文件格式差异较大，为减少研发工作量，待气象文件存入数据库后，优化为统一了文件类型、文件名称和文件内容的格式，并按照短期预测文件上报时间节点同步转发至集控中心。其中，文件类型统一为xls或txt格式；文件名称统一为：场站名称+NWP+年月日；文件内容统一为：（1）风电：10m/30m/50m/70m/80m/90m风速、风向以及场站气温（摄氏度）、湿度（相对湿度，值0-100）、气压（百帕）；（2）光伏：时刻，总辐射，温度（摄氏度），湿度（相对湿度，值0-100），气压（百帕），风速，风向。

1.2.4 测风塔（或环境监测仪）数据格式

测风塔（或环境监测仪）数据使用102或104协议进行实时传输，数据内容包括10m/30m/50m/70m/80m/90m风速、风向以及场站气温（摄氏度）、湿度（相对湿度，值0-100）、气压（百帕）。

1.2.5 场站功率预测状态文件格式

考虑到各场站功率预测系统不一的情况，将系统运行状态优化为统一了文件类型、文件名称和文件内容的格式，按照超短期预测文件上报时间节点同步转发至集控中心。其中，文件类型统一为xls或txt格式；文件名称统一为：场站名称+YX+年月日+时分；文件内容包括：短期预测文件上送电网状态、超短期预测文件上送电网状态、短期预测文件生成状态、超短期预测文件生成状态、气象预报下载状态、实时气象数据采集（通讯）状态、实时功率数据采集（通讯）状态、系统对时状态。