用機器學習破解新能源領域的“棄風”難題

音樂發燒友深有體會,玩音樂的本質就是玩電網。火電聲音偏暖,水電偏冷,風電偏空曠。至于太陽能發的電,則略顯朦朧和單薄。

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不知你是否有感覺,近兩年家里的音響聲音越來越冷,聽起來越來越單薄?

—————天熱了,講個冷笑話—————

實際上,中國近幾年的太陽能發電和風電發展可謂突飛猛進。2025年第一季度,全國風電和光伏發電合計裝機達到14.82億千瓦,歷史性首次超過火電的14.5億千瓦。

放眼全世界,你可能覺得全球都在經歷轟轟烈烈的能源轉型。但實際上,這個轉型幾乎全靠中國的一己之力。

2023和2024年,全球的風電和光伏發電新裝機容量接近三分之二來自中國,一枝獨秀。

其余國家的新增裝機,發電裝備也主要來自中國。尤其是太陽能,中國為全球各國提供了80%以上的光伏組件。

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無敵是多么寂寞。

但裝機容量高,不代表發電就多。各地一直存在令人心痛的“棄風、棄光、棄水”問題。有的地方甚至出現過單日棄風率70%的極端案例,可以認為有70%的風機實際沒有發電。

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為何棄風?因為電網“實發實用”且風機發電功率不穩定。風來了,電量供過于求,電網面臨沖擊。風走了,電不夠用,顯然也不行。

緩解棄風,關鍵在于精準預測未來一段時間的風電功率。我們不怕風電不穩定,只怕它產生預期外的不穩定。換句話說,要將風電的“不確定性”轉化為“可預見性”。

風機功率影響因素復雜,怎么預測?

下面展示一個案例,用數據預測風電功率。來自清華大學孫逸凡團隊,主題《面向復雜風電數據的核密度清洗與功率預測分區模型》。

該案例榮獲第三屆“天洑杯”數據建模大賽的特等獎。

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數據采集自陜西某風電場,規模相當龐大,有442809 條,59個維度。

這59個維度,其中一個是輸出功率,即因變量。另外58個是自變量,包括風速、溫度、風向、葉片槳距角等等,它們或多或少都會影響輸出功率。

工具采用DTEmpower,一款門檻超低上手簡單的智能數據建模軟件。

建模過程包括數據讀取、數據清理、敏感性分析、模型訓練、模型對比等步驟,下面為完整工程界面。

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其中:

  • 數據清理部分,項目團隊基于軟件的數據處理模塊,開發自編程清洗程序,實現數據高效批量化處理。同時考慮風機工作特征和數據異常原因,將建模過程結合業務背景。
  • 敏感性分析部分篩選掉“不重要”的自變量,提高建模精度。
  • 模型訓練部分,先根據風電特征將數據分區,然后分別用不同的訓練算法做模型訓練。
  • 模型對比階段,用測試集對基于不同算法訓練得到的模型進行精度對比。

最后一步模型聚合,將優選出的分區模型合并為一個。

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最終經測試集數據測試,合并后的模型精度非常高,R2值達到0.99。

這說明基于風速、溫度以及槳距角這些容易測量或容易預測的數據,就能實時預測未來一段時間的風機功率。

如果預測到功率偏低,那就讓火電機組做好準備,甚至讓風電停機檢修。反過來,如果預測到功率偏高,火電就能歇息一陣了。

如此一來,大大提升風機的利用率,降低“棄風”率,讓每一縷風都有機會點亮萬家燈火。

最后,歡迎到天洑軟件官網下載試用DTEmpower,從數據中挖掘價值,預測未來

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