前 言
在“雙碳”目標(biāo)驅(qū)使下，我國(guó)風(fēng)光新能源發(fā)電裝機(jī)容量持續(xù)提升。風(fēng)光發(fā)電受氣象資源影響顯著，具有顯著的隨機(jī)性與波動(dòng)性，大規(guī)模、高比例并網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行造成挑戰(zhàn)，提升預(yù)測(cè)精度可有效緩解風(fēng)光發(fā)電不確定性的負(fù)面影響，對(duì)于促進(jìn)風(fēng)光并網(wǎng)消納、提升風(fēng)光供電保障能力具有積極意義。另一方面，我國(guó)正穩(wěn)步推進(jìn)電力市場(chǎng)化改革進(jìn)程，風(fēng)光場(chǎng)站作為市場(chǎng)主體，其發(fā)電功率預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性將直接關(guān)乎場(chǎng)站的市場(chǎng)收益與考核懲罰。因此，如何充分利用數(shù)值天氣預(yù)報(bào)信息，分析不同時(shí)空尺度下風(fēng)光出力特性，利用先進(jìn)模型與算法，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)風(fēng)光發(fā)電功率，量化評(píng)估預(yù)測(cè)結(jié)果的不確定性，是電網(wǎng)調(diào)度、風(fēng)光場(chǎng)站以及預(yù)測(cè)服務(wù)提供商持續(xù)關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題。
在上述背景下，山東大學(xué)電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行團(tuán)隊(duì)以多時(shí)空尺度風(fēng)光發(fā)電預(yù)測(cè)精度提升為目標(biāo)，自2009年開(kāi)始持續(xù)開(kāi)展深入研究，針對(duì)超短期、短期等不同時(shí)間尺度，場(chǎng)站、集群、分布式等不同空間尺度，單值、概率、爬坡事件等不同預(yù)測(cè)形式，提出了系列預(yù)測(cè)方法，基本涵蓋了風(fēng)光發(fā)電功率預(yù)測(cè)所涉及的熱點(diǎn)問(wèn)題。與此同時(shí)，團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)了風(fēng)光功率預(yù)測(cè)產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了科研成果的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化與推廣應(yīng)用，積累了充足的工程經(jīng)驗(yàn)。本書(shū)是對(duì)團(tuán)隊(duì)10余年研究成果的系統(tǒng)性總結(jié)，具有一定參考價(jià)值，既可以作為相關(guān)科研人員與工程人員的參考書(shū)目，也可以作為研究生的教材使用。
本書(shū)結(jié)構(gòu)按照由淺入深，逐步開(kāi)展的原則設(shè)計(jì)。書(shū)的第一章介紹了國(guó)內(nèi)外風(fēng)光發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀，進(jìn)一步引出了國(guó)內(nèi)外風(fēng)光發(fā)電功率預(yù)測(cè)方法以及系統(tǒng)的發(fā)展歷程，在此基礎(chǔ)上總結(jié)了風(fēng)光新能源發(fā)電對(duì)于電力系統(tǒng)以及電力市場(chǎng)的重要性；第二章介紹了風(fēng)光新能源發(fā)電預(yù)測(cè)的相關(guān)理論基礎(chǔ)，包括面向風(fēng)光發(fā)電預(yù)測(cè)的電力數(shù)值氣象預(yù)報(bào)技術(shù)、風(fēng)光發(fā)電預(yù)測(cè)分類(lèi)方法、風(fēng)光發(fā)電預(yù)測(cè)基礎(chǔ)模型以及風(fēng)光發(fā)電預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)體系；第三章從風(fēng)力發(fā)電特性分析出發(fā)，分別針對(duì)超短期、短期時(shí)間尺度以及集群空間尺度的特點(diǎn)介紹了相應(yīng)的風(fēng)電功率單值預(yù)測(cè)模型，通過(guò)算例對(duì)比研究證實(shí)了所提模型的有效性與精準(zhǔn)性；第四章從光伏發(fā)電特性分析出發(fā)，分別針對(duì)超短期、短期時(shí)間尺度以及分布式空間尺度的特點(diǎn)介紹了相應(yīng)的光伏功率單值預(yù)測(cè)模型，并利用實(shí)際場(chǎng)站數(shù)據(jù)進(jìn)行模型性能驗(yàn)證研究；第五章在單值預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步深入探討風(fēng)光發(fā)電功率概率預(yù)測(cè)，介紹了參數(shù)化概率模型（稀疏貝葉斯學(xué)習(xí)）和非參數(shù)化概率模型（分位數(shù)回歸、D-S證據(jù)理論、核密度估計(jì)）并進(jìn)行算例分析驗(yàn)證；第六章重點(diǎn)探討了多模型組合預(yù)測(cè)在風(fēng)光功率單值和概率預(yù)測(cè)中的應(yīng)用，以克服單一預(yù)測(cè)模型環(huán)境適應(yīng)能力較弱的缺陷，提升預(yù)測(cè)精準(zhǔn)度和魯棒性；第七章介紹了風(fēng)光發(fā)電爬坡事件的定義，針對(duì)爬坡事件的小樣本問(wèn)題，提出了非精確概率區(qū)間預(yù)測(cè)方法。
本書(shū)是團(tuán)隊(duì)研究成果的總結(jié)，在此感謝直接參與此項(xiàng)研究的于一瀟博士、李夢(mèng)林博士、王傳琦博士，以及所有參與到此項(xiàng)研究工作中的碩士研究生。此外，還要衷心感謝在研究過(guò)程中給予指導(dǎo)的韓學(xué)山教授、參與討論的課題組其他老師，以及長(zhǎng)期保持密切合作與溝通的中國(guó)電科院新能源所的各位專(zhuān)家。本書(shū)涉及研究?jī)?nèi)容獲得了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“促進(jìn)可再生能源消納的風(fēng)電/光伏發(fā)電功率預(yù)測(cè)技術(shù)及應(yīng)用”（2018YFB0904202）、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“大規(guī)模風(fēng)電/光伏多時(shí)間尺度供電能力預(yù)測(cè)技術(shù)”（2022YFB2403003）、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃政府間國(guó)際科技創(chuàng)新合作項(xiàng)目“基于多元柔性挖掘的主動(dòng)配電網(wǎng)協(xié)同運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù)與仿真平臺(tái)研究”（2019YFE0118400）、國(guó)家自然科學(xué)基金聯(lián)合基金項(xiàng)目“基于靈活性挖掘的區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)協(xié)同運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù)與仿真平臺(tái)研究”（U2166208）的資助，也一并表示感謝。
本書(shū)內(nèi)容體現(xiàn)的研究成果是階段性的，由于作者水平有限，難免存在缺陷與不足，懇請(qǐng)讀者給予批評(píng)和指正。