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风电变流技术 深度学习 ★ 5.0

增强局部峰值点的风电功率预测:一种新型Seq2LPP模型

Enhancing Wind Power Forecasting at Local Peak Points: A Novel Seq2LPP Model

作者 Nanyang Zhu · Ying Wang · Kun Yuan · Yanxia Pan · Kaifeng Zhang
期刊 IEEE Transactions on Industrial Informatics
出版日期 2025年1月
技术分类 风电变流技术
技术标签 深度学习
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 风电预测 局部峰值点 多源数值天气预报数据 Seq2LPP模型 超短期预测
语言:

中文摘要

挖掘基于深度学习(DL)的模型在局部峰值点(LPPs)风电功率预测方面的潜力,仍是一个至关重要但尚未充分探索的方向。尽管现有的基于深度学习的模型在常规风电功率预测(WPF)中表现出色,但它们主要侧重于优化预测时域内整体风电功率预测的平均精度,因此在局部峰值点的预测中表现不佳。由于局部峰值点的风电功率存在大幅波动和非平稳性,基于深度学习的模型更难对其进行预测。考虑到局部峰值点与多源数值天气预报(NWP)数据之间存在强相关性,我们提出了一种由多源数值天气预报数据驱动的新型Seq2LPP模型,以加深对局部峰值点的理解。该模型专门设计了三个关键模块:一个由数值天气预报引导的注意力模块,用于利用数值天气预报数据中的变量计算局部峰值点的加权表示;一个基于补丁的特征学习模块,用于捕捉特定趋势的语义信息;一个混合解码器模块,用于输出常规预测结果和局部峰值点的预测结果。我们在两个真实世界的风电功率数据集上,将所提出的模型与最先进的模型进行了比较。在1至4小时的超短期预测时域内,所提出的模型在局部峰值点预测方面的平均绝对误差(MAE)和均方根误差(RMSE)分别平均提升了14.8%和11.6%。这些结果强调了所提出的模型在超短期风电功率预测中,特别是在局部峰值点预测方面,能够实现更高的准确性和鲁棒性。

English Abstract

Mining the potential of deep learning (DL)-based models for forecasting wind power during local peak points (LPPs) remains a crucial yet underexplored direction. Although existing DL-based models work exceptionally well in regular wind power forecasting (WPF), they primarily focus on optimizing the average accuracy of overall wind power predictions within an prediction horizon, thereby generating poor performance in the predictions of the LPPs. Due to the substantial fluctuations and nonstationarity of wind power specifically for the LPPs, it is more difficult for DL-based models to predict them. Considering a fact that there exists strong correlations between the LPPs and multisource numerical weather prediction (NWP) data, we propose a novel Seq2LPP model powered by the multisource NWP data to enhance the understandings of the LPPs. The proposed model specifically designs three key modules: an NWP-guided attention module to calculate weighted representations of LPPs using variables in NWP data, a patch-based feature learning module to capture trend-specific semantic information, and a mixture decoder module to output both the regular predictions and the predictions of the LPPs. We compare the proposed model with the state-of-the-art models on two real-word wind power dataset. The proposed model can obtain average enhancements of 14.8% and 11.6% for MAE and RMSE, respectively, for the predictions of the LPPs within an ultrashort-term prediction horizon ranging from 1 to 4 h. These findings underscore the proposed model's ability to attain greater accuracy and robustness in ultrashort-term WPF especially for the LPPs.
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SunView 深度解读

从阳光电源新能源系统集成商的视角来看,该论文提出的Seq2LPP模型针对风电功率预测中局部峰值点(LPPs)的精准预测问题,具有重要的实际应用价值。虽然我司业务以光伏逆变器和储能系统为核心,但在"风光储一体化"和综合能源解决方案领域,精准的风电功率预测直接影响系统调度优化和储能配置策略。

该模型的核心创新在于针对性解决传统深度学习模型在功率波动剧烈时刻预测精度不足的痛点。通过引入多源数值天气预报(NWP)数据的注意力机制和混合解码器架构,在1-4小时超短期预测中实现MAE和RMSE分别提升14.8%和11.6%。这对我司储能系统的能量管理系统(EMS)优化具有直接价值:更准确的峰值预测可使储能系统提前响应,优化充放电策略,减少电网冲击,提升系统经济性和安全性。

从技术成熟度评估,该模型基于成熟的深度学习框架,且已在真实数据集上验证,具备较好的工程化基础。但实际应用仍面临挑战:一是多源NWP数据的实时获取和处理成本;二是模型在不同地理气候条件下的泛化能力;三是与现有SCADA系统和EMS平台的集成适配问题。

建议我司技术团队关注该方向的研究进展,探索将类似方法应用于"风光储氢"多能互补系统的协同预测与调度优化中。特别是在大型新能源基地项目中,精准的峰值预测能力将成为提升系统整体效率和市场竞争力的关键技术要素,与我司储能变流器PCS和智慧能源管理平台形成技术协同。