前 言
在“雙碳”目標驅(qū)使下，我國風光新能源發(fā)電裝機容量持續(xù)提升。風光發(fā)電受氣象資源影響顯著，具有顯著的隨機性與波動性，大規(guī)模、高比例并網(wǎng)對電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟運行造成挑戰(zhàn)，提升預(yù)測精度可有效緩解風光發(fā)電不確定性的負面影響，對于促進風光并網(wǎng)消納、提升風光供電保障能力具有積極意義。另一方面，我國正穩(wěn)步推進電力市場化改革進程，風光場站作為市場主體，其發(fā)電功率預(yù)測準確性將直接關(guān)乎場站的市場收益與考核懲罰。因此，如何充分利用數(shù)值天氣預(yù)報信息，分析不同時空尺度下風光出力特性，利用先進模型與算法，準確預(yù)測風光發(fā)電功率，量化評估預(yù)測結(jié)果的不確定性，是電網(wǎng)調(diào)度、風光場站以及預(yù)測服務(wù)提供商持續(xù)關(guān)注的重點問題。
在上述背景下，山東大學(xué)電力系統(tǒng)經(jīng)濟運行團隊以多時空尺度風光發(fā)電預(yù)測精度提升為目標，自2009年開始持續(xù)開展深入研究，針對超短期、短期等不同時間尺度，場站、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)測形式，提出了系列預(yù)測方法，基本涵蓋了風光發(fā)電功率預(yù)測所涉及的熱點問題。與此同時，團隊自主研發(fā)了風光功率預(yù)測產(chǎn)品，實現(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。本書是對團隊10余年研究成果的系統(tǒng)性總結(jié)，具有一定參考價值，既可以作為相關(guān)科研人員與工程人員的參考書目，也可以作為研究生的教材使用。
本書結(jié)構(gòu)按照由淺入深，逐步開展的原則設(shè)計。書的第一章介紹了國內(nèi)外風光發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀，進一步引出了國內(nèi)外風光發(fā)電功率預(yù)測方法以及系統(tǒng)的發(fā)展歷程，在此基礎(chǔ)上總結(jié)了風光新能源發(fā)電對于電力系統(tǒng)以及電力市場的重要性；第二章介紹了風光新能源發(fā)電預(yù)測的相關(guān)理論基礎(chǔ)，包括面向風光發(fā)電預(yù)測的電力數(shù)值氣象預(yù)報技術(shù)、風光發(fā)電預(yù)測分類方法、風光發(fā)電預(yù)測基礎(chǔ)模型以及風光發(fā)電預(yù)測評價體系；第三章從風力發(fā)電特性分析出發(fā)，分別針對超短期、短期時間尺度以及集群空間尺度的特點介紹了相應(yīng)的風電功率單值預(yù)測模型，通過算例對比研究證實了所提模型的有效性與精準性；第四章從光伏發(fā)電特性分析出發(fā)，分別針對超短期、短期時間尺度以及分布式空間尺度的特點介紹了相應(yīng)的光伏功率單值預(yù)測模型，并利用實際場站數(shù)據(jù)進行模型性能驗證研究；第五章在單值預(yù)測的基礎(chǔ)上進一步深入探討風光發(fā)電功率概率預(yù)測，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）并進行算例分析驗證；第六章重點探討了多模型組合預(yù)測在風光功率單值和概率預(yù)測中的應(yīng)用，以克服單一預(yù)測模型環(huán)境適應(yīng)能力較弱的缺陷，提升預(yù)測精準度和魯棒性；第七章介紹了風光發(fā)電爬坡事件的定義，針對爬坡事件的小樣本問題，提出了非精確概率區(qū)間預(yù)測方法。
本書是團隊研究成果的總結(jié)，在此感謝直接參與此項研究的于一瀟博士、李夢林博士、王傳琦博士，以及所有參與到此項研究工作中的碩士研究生。此外，還要衷心感謝在研究過程中給予指導(dǎo)的韓學(xué)山教授、參與討論的課題組其他老師，以及長期保持密切合作與溝通的中國電科院新能源所的各位專家。本書涉及研究內(nèi)容獲得了國家重點研發(fā)計劃項目“促進可再生能源消納的風電/光伏發(fā)電功率預(yù)測技術(shù)及應(yīng)用”（2018YFB0904202）、國家重點研發(fā)計劃項目“大規(guī)模風電/光伏多時間尺度供電能力預(yù)測技術(shù)”（2022YFB2403003）、國家重點研發(fā)計劃政府間國際科技創(chuàng)新合作項目“基于多元柔性挖掘的主動配電網(wǎng)協(xié)同運行關(guān)鍵技術(shù)與仿真平臺研究”（2019YFE0118400）、國家自然科學(xué)基金聯(lián)合基金項目“基于靈活性挖掘的區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)協(xié)同運行關(guān)鍵技術(shù)與仿真平臺研究”（U2166208）的資助，也一并表示感謝。
本書內(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，懇請讀者給予批評和指正。