Riadenie elektrizačných sústav Predikcia výknu OZE
Predpveď výknu OZE Dôležitá pre integráciu OZE d ES!!! FVE predpveď intenzity slnečnéh žiarenia VTE rýchlsť vetra
Predpveď výknu OZE Dôležitá pre integráciu OZE d ES!!! FVE predpveď intenzity slnečnéh žiarenia VTE rýchlsť vetra Rzdielna časvá mierka: krátkdbá predpveď (d 48 hdín) zalžená na numerickej predpvedi pčasia (NPP) fyzikálne rientvané predikčné systémy veľmi krátkdbá predpveď (30 min 12 hd) ptrebné lkálne pzrvania pčasia
Fyzikálne rientvaná predikcia Vyknáva v niekľkých krkch: 1. získanie vstupných údajv z numerickej predpvede pčasia, 2. adaptácia na lkálne pdmienky, 3. aplikácia údajv knkrétnm bnviteľnm zdrji, 4. štatistické vyhdntenie dhadvanéh výknu, 5. určenie výslednej hdnty dhadvanéh výknu bnviteľnéh zdrja.
1. Vstupné údaje Z numerickej predpvede pčasia: smer vetra, rýchlsť vetra, teplta, vlhksť a tlak základné veličiny pre predpveď pčasia NPP sa rbí pmcu numerických mdelv zemskej atmsféry pre rôzne priestrvé mierky menšie mdely preberajú údaje z väčších mdelv sú t ich krajvé pdmienky spresnenie vstupných údajv -> asimilácia dát = krekcia vypčítaných hdnôt pmcu údajv z reálneh merania reálny hriznt predpvede 10 dní
1. Vstupné údaje Z numerickej predpvede pčasia: v SR: SHMÚ (www.shmu.sk): vietr: rýchlsť v 10 m nad pvrchm zeme + smer, blačnsť: percentuálne hdnty celkvej, nízkej, strednej a vyskej blačnsti, pskytvanie cez web stránku, mail, faxm, telefnicky, dhdnutým spôsbm (zmluvný partneri).
2. Adaptácia na lkálne pdmienky slúži na prispôsbenie údajv získaných numericku predpveďu pčasia na vhdné časvé a priestrvé rzlíšenie Oblačnsť: mdel ECMWF priama predpvedá intenzitu tku žiarenia a parametrv blačnsti s časvým rzlíšením 3 hdiny a priestrvým rzlíšením 0,25 x 0,25 časvá interplácia kmbinácia údajv z predpvede a z mdelu pre bezblačnú blhu, aby sa dsiahl lepší ppis dennej krivky žiarenia. Pre definvanie ptickéh stavu atmsféry je pužitý Linkeh faktr turbidity.
2. Adaptácia na lkálne pdmienky slúži na prispôsbenie údajv získaných numericku predpveďu pčasia na vhdné časvé a priestrvé rzlíšenie Oblačnsť: interplácia sa vyknáva pre keficient čistej blhy kt* (charakterizuje prechd žiarenia cez atmsféru): kt* I I celkvé čistá_ blha I celkvé - celkvá intenzita tku žiarenia I čistá_blha - čakávaná intenzita pre bezblačnú blhu. najskôr sa vypčítajú trjhdinvé stredné hdnty keficientu čistej blhy: kt* 3h I celkvé _ predpveď I čistá _ blha3h 3h
2. Adaptácia na lkálne pdmienky slúži na prispôsbenie údajv získaných numericku predpveďu pčasia na vhdné časvé a priestrvé rzlíšenie Oblačnsť: ptm sú pmcu lineárnej interplácie určené hdinvé hdnty keficientu čistej blhy, ktré sú pužité pre výpčet predpvedanej hdnty intenzity tku žiarenia pre jednhdinvý interval : I celkvá _ kt*i predpveď čistá_ blha
2. Adaptácia na lkálne pdmienky slúži na prispôsbenie údajv získaných numericku predpveďu pčasia na vhdné časvé a priestrvé rzlíšenie Vietr: musí sa prepčítať rýchlsť vetra v 10 metrch nad zemu (výstup NPP) na rýchlsť vetra v výške vrtule extraplácia pmcu gestrfickéh vetra jeh predpveď vykazuje najmenšiu chybu vči meraniu!!! Gestrfický vietr = rvnvážne, nezrýchľvané, hrizntálne prúdenie v atmsfére, pri ktrm hrizntálne zlžky sily tlakvéh gradientu a Crilisvej sily sú v rvnváhe, gestrfický vietr smeruje pzdĺž hrizntálnych izbar priamkvéh tvaru, pričm vhdne aprximuje základný charakter prúdenia v vľnej atmsfére približne 550 m nad pvrchm zeme
2. Adaptácia na lkálne pdmienky slúži na prispôsbenie údajv získaných numericku predpveďu pčasia na vhdné časvé a priestrvé rzlíšenie Vietr: z rýchlsti gestrfickéh vetra sa pmcu mcninvéh vertikálneh prfilu vetra (gestrfic drag law) určí rýchlsť trenia: G u * ln u * f. z 0 A 2 B 2 G - rýchlsť gestrfickéh vetra, u * - rýchlsť trenia, - vn Kármánva knštanta ( 0,4), f - Crlisv parameter, z 0 - aerdynamická výška drsnsti terénu (jej hdnta je rzdielna pre rôznu rgrafiu krajiny), A(), B() - knštanty všebecne závislé na faktre stability, pri neutrálnych pdmienkach majú hdntu A = 1,8 a B = 4,5.
2. Adaptácia na lkálne pdmienky slúži na prispôsbenie údajv získaných numericku predpveďu pčasia na vhdné časvé a priestrvé rzlíšenie Vietr: získaná hdnta rýchlsti trenia sa pužije na určenie rýchlsti vetra v pžadvanej výške nad pvrchm zeme pmcu lgaritmickéh veternéh prfilu: u z u * z ln z 0 u * - rýchlsť trenia, - vn Kármánva knštanta ( 0,4), z - výška nad pvrchm zeme, pre ktrú pčítame rýchlsť vetra, z 0 - aerdynamická výška drsnsti terénu, - funkcia závislá d faktra stability (pre nestabilné pdmienky má kladnú hdntu, pre stabilné pdmienky má hdntu záprnú).
2. Adaptácia na lkálne pdmienky slúži na prispôsbenie údajv získaných numericku predpveďu pčasia na vhdné časvé a priestrvé rzlíšenie Vietr: získaná hdnta rýchlsti trenia sa pužije na určenie rýchlsti vetra v pžadvanej výške nad pvrchm zeme pmcu lgaritmickéh veternéh prfilu: u z u * z ln z 0
2. Adaptácia na lkálne pdmienky slúži na prispôsbenie údajv získaných numericku predpveďu pčasia na vhdné časvé a priestrvé rzlíšenie Vietr: vypčítaná rýchlsť vetra musí byť skrigvaná vzhľadm na lkálne vplyvy vyplývajúce z umiestnenia veternej elektrárne v krajine: spmaľvanie vetra klitými prekážkami (budvy, prirdzené vetrlamy,...), vplyv nervnsti krajiny a zmeny tejt nervnsti v lkalite umiestnenia VTE, vplyvy rgrafie (zrýchľvanie/spmaľvanie vetra), vplyv zmeny teplty v rôznej výške nad zemu v mieste umiestnenia VTE.
2. Adaptácia na lkálne pdmienky slúži na prispôsbenie údajv získaných numericku predpveďu pčasia na vhdné časvé a priestrvé rzlíšenie Vietr: vypčítaná rýchlsť vetra musí byť skrigvaná vzhľadm na lkálne vplyvy vyplývajúce z umiestnenia veternej elektrárne v krajine existujú sftvérvé nástrje umžňujúce analyzvať vplyv rgrafie krajiny na rýchlsť a smer prúdenia vetra v lkalite umiestnenia veternej elektrárne: prgram The Wind Atlas Applicatin and Analysis Prgram (WAsP) vyvinutý v Risø Natinal Labratry v Dánsku
3. Aplikácia údajv knkrétnm OZE získané hdnty určujúce veľksť primárneh zdrja sa pužijú pre definvanie výstupnéh výknu OZE. FVE: treba pužiť V-A aleb P-V charakteristiku ftvltických panelv - zhľadnenie intenzity žiarenia a teplty vypčítať efektívnu plchu panelv elektrické uspriadanie panelv parametre meniča
3. Aplikácia údajv knkrétnm OZE získané hdnty určujúce veľksť primárneh zdrja sa pužijú pre definvanie výstupnéh výknu OZE. VTE: treba pužiť výknvú krivku danej turbíny P = f(v) pskytnutá výrbcm aleb zmerať pdľa STN EN 61400-12 zhľadniť smer vetra (natáčanie vrtule pasívne aleb aktívne) uspriadanie turbín v rámci parku (vplyvňujú sa)
3. Aplikácia údajv knkrétnm OZE získané hdnty určujúce veľksť primárneh zdrja sa pužijú pre definvanie výstupnéh výknu OZE. VTE: treba pužiť výknvú krivku danej turbíny P = f(v) pskytnutá výrbcm aleb zmerať pdľa STN EN 61400-12 zhľadniť smer vetra (natáčanie vrtule pasívne aleb aktívne) uspriadanie turbín v rámci parku (vplyvňujú sa) výpčet tabuľky redukčných keficientv nimi sa násbí genervaný výkn veternéh parku resp. turbíny určený z výknvých kriviek
4. Štatistické vyhdntenie dhadvanéh výknu štatistická úprava dát z predikčnéh mdelu (Mdel Output Statistics MOS): spresňuje výstup NPP zhľadnením špecifík skúmanej lkality, ktré sa nedajú zahrnúť d predikčnéh mdelu upravuje hdntu výknu OZE získanú z predikčnéh mdelu na takú hdntu, ktrá bude zdpvedať skutčne nameranej hdnte výknu zdrja rbí prstredníctvm vytvrenia štatisticky rientvanej databázy
4. Štatistické vyhdntenie dhadvanéh výknu štatistická úprava dát z predikčnéh mdelu (Mdel Output Statistics MOS): databáza bsahuje nasledvné údaje : predpvedanej hdnte výknu, reálne genervanm výkne, veličinách, na základe ktrých bla predpveď vyknaná: FVE - index blačnej pkrývky, rzdiel teplty rsnéh bdu, relatívna vlhksť pri 500 hpa, blačná pkrývka d výšky 2000 m a pravdepdbnsť zrážk VTE - smer a rýchlsť vetra, vlhksť a tlak
4. Štatistické vyhdntenie dhadvanéh výknu štatistická úprava dát z predikčnéh mdelu (Mdel Output Statistics MOS): príklad pre VTE: P pz P pred p( a. upred ). T. E P pz - nameraný výkn VTE, P pred - predpvedaný výkn VTE, a keficient lkality p(a.u pred ) - výkn genervaný VTE pri rýchlsti u (pdľa výknvej krivky), T - pčet VTE, ktré sú v prevádzke (u samstatne stjacej VTE T = 1), E - účinnsť veternej elektrárne (parku)
4. Štatistické vyhdntenie dhadvanéh výknu štatistická úprava dát z predikčnéh mdelu (Mdel Output Statistics MOS): MOS je zalžená na pužití histrických dát predpvedá len udalsti spôsbené javmi, ktré sú pzrvateľné v rámci mierky mdelu pužitéh v NPP MOS môže výrazným spôsbm znížiť nepresnsť a neurčitsť numerickej predpvede, pretže aplikuje lkálne vplyvy a klimatické pdmienky
5. Určenie výslednej hdnty dhadvanéh výknu OZE Výstupm predikčnéh systému je časvá rada čakávaných hdnôt výknu genervanéh bnviteľným zdrjm. Výhdu tht systému je, že analýzu vplyvu lkality umiestnenia na činnsť a výrbu bnviteľnéh zdrja stačí urbiť len raz pri vytváraní predikčnéh systému pre knkrétny zdrj. P vytvrení predikčnéh systému sa jediným vstupm stávajú údaje získané z numerickej predpvede pčasia. Ich získanie týcht je z hľadiska predpvede výknu časv najnárčnejšie, pretže adaptácia výsledkv NPP na lkálne pdmienky zdrja trvá rádv minúty.
Presnsť predpvede Faktry vplývajúce na presnsť: vstupné údaje získavané väčšinu z numerickej predpvede pčasia, časvý hriznt predpvede vyjadrujúci na kľk hdín dpredu je predpveď výknu urbená, rzlha blasti (pčet zdrjv), pre ktrú je urbená splčná predpveď výknu, kvalita štatistickéh vyhdntenia získaných výsledkv, kvalita predpvede pre rôzne rýchlsti vetra u veterných elektrární a kvalita predpvede blačnsti u ftvltických elektrární.
Presnsť predpvede Najčastejšie pužívané chybvé ukazvatele: priemerná chyba vyjadrená ak: BIAS = predpvedaný výkn skutčný výkn, priemerná kvadratická chyba (Rt Mean Square Errr) vyjadrená ak: RMSE = 2 predpveda ný výkn nameranývýkn, keficient krelácie vyjadrujúci zhdu medzi nameraným a predpvedaným výknm zdrja,
Presnsť predpvede Najčastejšie pužívané chybvé ukazvatele: priemerná chyba vyjadrená ak: BIAS = predpvedaný výkn skutčný výkn, priemerná kvadratická chyba (Rt Mean Square Errr) vyjadrená ak: RMSE = 2 predpveda ný výkn nameranývýkn, keficient krelácie vyjadrujúci zhdu medzi nameraným a predpvedaným výknm zdrja, u veterných elektrární sa v veľa prípadch pužíva stredná hdnta výknu určená pre viacer (všetky) VTE v veternm parku aleb regióne, ktrá je definvaná ak súčet všetkých RMSE jedntlivých VTE pdelený pčtm VTE, č však nezdpvedá RMSE vypčítanej z pstupných časvých údajv pre veterný park (región) ak celk!!!
Presnsť predpvede kvalita predpvede pčasia:
Presnsť predpvede kvalita predpvede pčasia: vplyv premenlivéh pčasia
Presnsť predpvede časvý hriznt predpvede:
Presnsť predpvede rzlha blasti (priestrvé fluktuácie pčasia):
Presnsť predpvede kvalita štatistickéh vyhdntenia: aplikvaním štatistickéh vyhdncvania krekčných keficientv je mžné znížiť napr. RMSE u veterných elektrární až 15 % prti jej pôvdnej hdnte
Presnsť predpvede kvalita štatistickéh vyhdntenia: aplikvaním štatistickéh vyhdncvania krekčných keficientv je mžné znížiť napr. RMSE u veterných elektrární až 15 % prti jej pôvdnej hdnte kvalita predpvede pre rôzne rýchlsti vetra: cieľ = maximálna presnsť pre rýchlsti z intervalu 5 až 15 m.s-1 (preč???) je ťažšie dsiahnuť nízku chybu predpvede pre malé rýchlsti vetra!!! je lepšie vzťahvať chybu predpvede vči menvitému výknu veternej elektrárne viac sa rešpektuje nepresnsť pre malé rýchlsti vetra
Presnsť predpvede kvalita predpvede pre rôzne hdnty blačnsti: keficient čistej blhy kt* = 1 bezblačná blha
Presnsť predpvede kvalita predpvede pre rôzne hdnty blačnsti: Pzitívny vplyv MOS keficient čistej blhy kt* = 1 bezblačná blha
Presnsť predpvede celkvá presnsť pre FVE: chyba pre jednu FVE: 30 40 % chyba pre väčší región: 13 %
Presnsť predpvede celkvá presnsť pre FVE: chyba pre jednu FVE: 30 40 % chyba pre väčší región: 13 % celkvá presnsť pre VTE: chyba vztiahnutá na P inst chyba pre jednu FVE: 15 22 % chyba pre väčší región: 6-12 %