Pelnas:
- Suprasti saulės ir vėjo gamybos kintamumą priklausomai nuo meteorologijos ir jo prognozavimo svarbą tinklo balansui.
- Galimybė sukurti AI prognozavimo darbo eigą, derinant skaitmenines orų prognozes, palydovinius ir lauko duomenis
- Galimybė patikrinti gamybos prognozes su fizine viršutine riba, pajėgumo koeficientu ir faktiniais duomenimis
Anglies ar gamtinių dujų elektrinė dirba tam tikra galia, kai to reikalauja operatorius; gamyba gali būti kontroliuojama. Saulė ir vėjas yra ne tokie: saulei apsiniaukus, plokščių gamyba mažėja, o vėjui sustojus – turbina. Ši gamybos rūšis vadinama kintamąja atsinaujinančia energija; Gamyba priklauso nuo meteorologijos, o ne nuo žmogaus valios. Šis kintamumas sukuria puikią galimybę ir didelį iššūkį tinklo stabilumui. Atsinaujinančios produkcijos prognozavimas – tai ateities saulės ir vėjo jėgainių gamybos prognozavimo uždavinys ir yra viena iš sparčiausiai augančių šiuolaikinės energetikos sistemos analizės sričių. Šiame skyriuje išmoksime šios prognozės fizikos, kaip ji nustatoma ir patikrinama dirbtiniu intelektu.
Kodėl tai taip svarbu?
Didėjant saulės ir vėjo energijos daliai tinkle, klausimas, „kiek ir kada“ šie ištekliai pagamins, tampa lemiamu visą sistemą. Neturint geros gamybos prognozės, tinklas yra priverstas turėti papildomų laisvų pajėgumų (dažnai brangių ir daug anglies dioksido turinčių) pajėgumų, kad kompensuotų staigų atsinaujinančios energijos gamybos sumažėjimą. Tikslus prognozavimas sumažina ir šias išlaidas, ir emisijas; Tai taip pat leidžia jėgainės savininkui teikti geresnes kainas rinkoje. Kitaip tariant, prognozės paklaida tiesiogiai virsta pinigais ir anglimi.
Saulės ir vėjo generavimo fizika
Saulė. Fotovoltinės (PV; šviesą tiesiogiai paverčiant elektra) skydo gaminama galia daugiausia priklauso nuo ant ją krentančios spinduliuotės (švitos; saulės energijos ploto vienetui, W/m²). Be to, plokštės temperatūra (efektyvumas mažėja, kai skydas įkaista), dulkės / užterštumas ir šešėliai veikia jį. Stipriausias saulės energijos gamybos bruožas yra nuspėjamas paros modelis: nulis naktį, aukštas ryte, pikas apie vidurdienį ir nulis vakare. Debesuotumas yra triukšmas, esantis ant šio skaičiaus, ir yra pagrindinis prognozavimo sunkumų šaltinis.
Vėjas. Turbinos gaminama galia yra maždaug proporcinga vėjo greičio kubui – taigi, greičiui padvigubėjus, galia padidėja maždaug aštuonis kartus. Todėl nedidelė vėjo greičio prognozės paklaida virsta didele gamybos klaida. Taip pat turbina turi galios kreivę: žemiau tam tikro apsisukimų dažnio (įjungimo greičio) gamyba lygi nuliui, virš tam tikro sūkių skaičiaus (vardinis greitis) gamyba stabilizuojasi, esant labai dideliam apsisukimų dažniui (cut-off speed) turbina sustoja dėl saugumo. Dėl šio netiesinio ryšio vėjo prognozavimas yra sunkesnis nei saulės.
Patarimas: kadangi atsiranda vėjo greičio klaida, vertindami gamybos prognozę pirmiausia pažiūrėkite į vėjo greičio prognozės kokybę. Beveik neįmanoma sudaryti geros gamybos prognozės esant blogai greičio prognozei.
Žingsnis po žingsnio: gamybos prognozavimas naudojant dirbtinį intelektą
1 veiksmas – surinkite įvesties duomenis. Pagrindinė įvestis yra skaitmeninė orų prognozė (NWP; orų prognozė, sukurta sprendžiant atmosferos fiziką): apšvitos, temperatūros, vėjo greičio ir krypties įvertinimai. Prie to pridedama faktinė jėgainės gamybos istorija ir, jei įmanoma, palydoviniai/žemės stebėjimai.
2 veiksmas – nustatykite atributus. Orų prognozės kintamieji, saulės (saulės kampas danguje) geometriniai kintamieji, vėjo turbinos galios kreivės informacija ir atidėtos generacijos atributai. Vėlgi, nuotėkio kontrolė: naudojami tik tie duomenys, kurie bus prieinami numatymo metu.
3 veiksmas. Treniruokite modelį. Modelis susieja orų prognozę su faktine gamyba. Čia dirbtinis intelektas sužino tikrąjį skydo / turbinos elgesį (nukrypimus nuo katalogo vertės), ir užfiksuoja vietinius efektus (pvz., reljefo poveikį tam tikra vėjo kryptimi).
4 žingsnis – modelio neapibrėžtis. Atsinaujinančių išteklių prognozavimas iš prigimties yra neapibrėžtas; Tikimybinis įvertinimas (pvz., „80 procentų tikimybės gamyba yra toje juostoje“), o ne vienas skaičius yra daug naudingesnis.
5 veiksmas – patikrinkite. Prognozė tikrinama atsižvelgiant į fizines viršutines ribas ir faktinę gamybą.
Patvirtinimas: fiziniai inkarai
Atsinaujinančios produkcijos prognozavimą galima išbandyti naudojant stiprius fizinius inkarus:
- Absoliučios saulės lubos: gamyba niekada negali būti teigiama naktį ir negali viršyti įdiegtos galios (ir tai, ką leidžia dabartinė spinduliuotė). Šis vienintelis patikrinimas akimirksniu pašalina kvailus spėjimus.
- Galios koeficientas: Tai yra pagamintos energijos ir energijos, kurią ji pagamintų, jei elektrinė nuolat veiktų visu pajėgumu, santykis. Pakrantėje vėjas paprastai yra apie 25–45 proc., saulės – apie 12–25 proc., priklausomai nuo klimato. Jei ilgalaikis vidurkis yra už šio diapazono ribų, yra klaida.
- Faktiniai duomenys: stipriausias inkaras yra prognozės palyginimas su faktine gamyba; sisteminis šališkumas (pvz., nuolatinis pervertinimas) ištaisomas.
Atsargiai: fiziškai neįmanoma, kad saulės energijos gamybos prognozė naktį būtų nulinė arba vėjo prognozė vis tiek rodytų visą gamybą, viršijančią ribinę normą. Tokie pažeidimai yra ženklas, kad modelyje kažkur trūksta fundamentalios fizikos ir jie atmetami nežiūrint į statistiką.
Trys mini dėklai: pagal numerius
1 atvejis – Naktinė gamyba. Vienos komandos saulės prognozės modelis prognozavo 3 MW generavimo 22 val. Tai buvo fiziškai neįmanoma; Problema buvo ta, kad į modelį pateikti apšvitos duomenys atitiko reikšmes netinkamoje laiko juostoje. Nakties nulio inkaras iškart užfiksavo klaidą, o ištaisius laiko juostą, prognozė buvo teisinga.
2 atvejis – kubo efektas vėjyje. Viename vėjo jėgainių parke orų prognozės davė vėjo greitį ne 8 m/s, o 10 m/s – akivaizdi 25 procentų paklaida. Tačiau kadangi galia kubiškai priklauso nuo greičio, gamybos sąmata buvo maždaug dvigubai didesnė už faktinį kiekį, todėl rinkoje atsirado didžiulė disbalanso bauda. Pamoka: maža greičio paklaida vėjo prognozėje yra didelė gamybos klaida; Neapibrėžtumo juosta turėtų būti plati.
3 atvejis – talpos faktoriaus inkaras. Vienos naujos elektrinės metinė gamybos prognozė numatė 55 proc. galios koeficientą. Jis buvo gerokai didesnis už šį žemyninio vėjo diapazoną; tyrimas parodė, kad produkcijos vienetai (MWh) per klaidą buvo skaičiuojami du kartus. Talpos faktoriaus inkaras išlaisvino investicinį sprendimą nuo netinkamo pagrindo nesigilinant į detales.
Silpnas raginimas / stiprus raginimas
Silpnas raginimas:
Numatykite rytojaus šio vėjo jėgainių parko produkciją.[duomenys]
Galingas raginimas:
Jūsų vaidmuo: Atsinaujinančios gamybos prognozuotojas. Užduotis: valandinė vėjo jėgainių parko gamybos prognozė dienai į priekį.- Kaip įvestį naudokite tik prognozės kūrimo metu turimą orų prognozę; išmatuoti ir atsižvelgti į kubinį vėjo greičio poveikį. - Taikyti turbinos galios kreivę (įjungimo, vardiniai, išjungimo greičiai); neduokite fizinių rezultatų už šių ribų. - Pateikite neapibrėžtumo juostą, o ne vieną skaičių. - Patikrinkite rezultatą patys naudodami du inkarus: (a) ar yra kokia nors vertė, viršijanti įdiegtą galią, (b) ar numanomas galios koeficientas yra 25–45% diapazone? Duomenys: [duomenys apie augalus ir orus]
Galingas raginimas nuo pat pradžių primeta kubo efektą, galios kreivę, neapibrėžtumą ir du fizinius inkarus – pašalina klasikines regeneracinio prognozavimo klaidas.
Keturi kopijuojami šablonai
1) Saulės fizinis lubų valdymas:
Išbandykite šią saulės energijos gamybos sąmatą su šiais inkarais: ar nakties metu gamyba yra nulinė? Ar vidurdienio pikas yra dienos viduryje? Ar kokia nors vertė viršija įdiegtą galią? Išvardykite pažeidimus su laiko žyma.
2) Vėjo galios kreivės taikymas:
Naudokite šiuos turbinos galios kreivės parametrus: įjungimas [A] m/s, vardinis[B] m/s, atjungimas [C] m/s. Konvertuokite pateiktas vėjo greičio prognozes į gamybą. Taip pat pakomentuokite greičio neapibrėžtumo poveikį gamybos neapibrėžčiai dėl kubinio greičio ir galios santykio.
3) Talpos koeficiento pagrįstumo inkaras:
Apskaičiuokite numanomą galios koeficientą pagal šį generacijos įvertį ir palyginkite jį su tipiniu įrenginio tipo diapazonu (vėjas 25-45%, saulė 12-25%). Jei už diapazono ribų, nurodykite galimus klaidų šaltinius (vienetas, laiko juosta, dvigubas skaičiavimas).
4) Prognozės ir tikrojo nuokrypio analizė:
Palyginkite faktinę gamybą su ankstesnėmis prognozėmis. Ar yra sistemingo šališkumo (nuolatinis pervertinimas/nuvertinimas)? Patikrinkite, ar nuokrypis skiriasi priklausomai nuo oro sąlygų (debesuota/giedra, silpnas/stiprus vėjas) ir pasiūlykite pataisyti.
Saulės ir vėjo palyginimo diagrama
funkcija
Saulės energija (PV)
vėjas
pagrindinė įvestis
Apšvita, plokštės temperatūra
Vėjo greitis ir kryptis
kasdienė figūra
Nuspėjamas (naktis nulis, vidurdienio pikas)
Nereguliarus, diena-naktis neaiški
Pagrindinis iššūkis
debesuotumas
Greičio ir galios kubinis santykis
Tipiškas talpos koeficientas
~12-25%
~25-45% (antžeminis)
stiprus inkaras
Naktis-nulis, sumontuotos galios lubos
Galios kreivės ribos, talpos koeficientas
Dažnos klaidos
- Vėjo greičio klaidos neįvertinimas. Kadangi greičio ir galios santykis yra kubinis, maža greičio paklaida yra didelė gamybos klaida.
- Netikrinti fizinių lubų. Bet kokia vertė, viršijanti saulės energijos gamybą naktį ar instaliuotą galią, turėtų būti atmesta nežiūrint į statistiką.
- Neapibrėžtumo sumažinimas iki vieno skaičiaus. Atsinaujinančių išteklių prognozavimas iš esmės yra tikimybinis; Neįteikus juostos negalima priimti sprendimo.
- Nutekėjimas. Faktinio oro pavertimas atributu; Tačiau viskas, ką turėsite, yra orų prognozė.
- Apeinant talpos koeficiento inkarą. Ilgalaikio vidurkio patikimumo netikrinimas paslepia vienetą ir dvigubo skaičiavimo klaidas.
Apibendrinant
Saulės ir vėjo gamyba priklauso nuo meteorologijos ir yra kintama; Įvertinimas yra labai svarbus tinklo balansui ir rinkai. Nuspėjamąjį paros saulės modelį apsunkina debesuotumas, o vėjo susidarymą apsunkina sparčiai kubinis santykis. AI yra galingas jungiantis orų prognozes su faktine gamyba; bet prognozė turi būti patikrinta naudojant fizines lubas, galios kreivę ir talpos koeficientą, neapibrėžtumą reikia pranešti juostele ir vengti nuotėkio.
Taikymo užduotis
Gaukite istorinius saulės ar vėjo energijos parko gamybos duomenis. Tegul dirbtinis intelektas patikrina prognozę, naudodamas šablonus „Saulės fizinių lubų valdymas“ (saulės energijai) arba „Pajėgumo koeficiento patikimumo inkaras“ (abiems). Tada patys apskaičiuokite numanomą talpos koeficientą ir palyginkite jį su tipiniu diapazonu. Jei pastebėjote fizinio neįmanomumo ar pagrįstumo nukrypimą, parašykite, kaip tai pavyko.
kontrolinis sąrašas
- [ ] Patikrinau, kad pagrindinė įvestis yra orų prognozė ir jame nėra nuotėkių
- [ ] Aš pritaikiau naktinį nulį ir įrengiau galios lubų inkarus saulės energijai
- [ ] Atsižvelgiau į vėjo galios kreivės ribas ir kubinio greičio efektą
- [ ] Numanomą talpos koeficientą palyginau su tipiniu diapazonu
- [ ] Pateikiau sąmatą su neapibrėžtumo juosta
- [ ] Patikrinau prognozuojamą-realizuotą sisteminį nuokrypį
- [ ] Aš atmečiau vertybes, kurios yra susijusios su fizine negalia