风电功率Web服务平台的设计

薛 冰，刘 准

（中国气象局公共气象服务中心，北京 100081）

0 引言

风能是应用前景广阔的清洁可再生能源，我国风能资源蕴藏量丰富；风力发电以风能资源作为保障，是实现碳减排的有效途径之一[1]。准确预报风电功率，对提高电网的安全运行水平和风电企业的经济效益具有重要意义。国外已经研发了相关的风电功率预报软件系统，如丹麦的Prediktor风能预报系统、美国的eWind风能预报软件，国内一些企业也研发了相关的软件，中国气象局公共气象服务中心研发了应用于风电场的风电功率预测软件。深入分析风电气象服务业务需求，结合气象部门在风电功率预测预报方面的科研成果，本文设计适应多元应用场景的风电功率Web服务平台，为提高风电气象服务业务水平提供支撑。

1 需求分析

1.1 业务需求

我国风电产业的装机容量持续高速增长[2]，能源管理部门对风电的规范发展提出了要求。电力调度部门需要提前预测并网发电风电场的风电功率，以便合理制定发电计划；风电企业需要结合所属风电场的功率预测情况，合理安排发电作业和检修任务。构建面向风电场、风电企业和电力调度机构等多元应用场景的统一服务平台，融合气象部门精细化数值天气预报结果，实现开放的平台架构体系，运行于不同类型的操作系统，满足风电企业、电力调度机构等企业组织和行业机构实时掌握所辖风电场的风电功率预测预报信息，进行信息综合集成分析和业务决策的需求，形成风电行业功率预测管理完整解决方案，可以辅助风电企业和行业机构建立点到面的业务规范，通过集约式服务模式在一定程度上提高风电行业气象服务效益。

1.2 功能需求

风电功率Web服务平台集成基础数据收集处理、风电功率预测计算、考核指标评价计算和用户交互等功能[3-4]，满足风电企业、电力调度机构等用户对于风力发电这一新能源的充分利用中所必须依赖的气象服务、风电服务的要求，和社会经济对气象服务质量、内涵不断提高的要求。

风电功率Web服务平台实现风电场基本信息管理、用户与系统配置管理、历史数据收集处理、实况和预报数据收集处理、风电功率预测、统计分析、数据上报等功能，以及气象信息展示、风电功率信息展示、监控信息展示、统计查询、发电计划申报、考核指标展示、系统管理、打印输出等功能。风电功率Web服务平台的功能结构如图1所示。

图1 风电功率Web服务平台功能结构图

1.3 平台目标

面向风电场、风电企业和电力调度机构等多元应用场景，研究和设计适应风电功率预测预报业务需求、多学科多领域信息高度集成、集约化和自动化的风电功率Web服务平台，支持在多种服务器操作系统环境下运行，能够快速部署、易于维护。

2 平台设计

2.1 平台应用体系结构设计

2.1.1 总体体系架构

风电功率Web服务平台采用面向对象的设计思路，围绕可互操作的、松耦合网络服务进行构建，实现与已有的业务系统、数据管理信息系统相衔接。平台基于开放标准和安全互联的层级体系，采用层次化的体系结构，由基础支撑层、数据存储层、Web应用逻辑层、Web用户服务层和接口规范等部分组成，各层都遵守统一的数据规范、通信规范等信息系统标准规范体系，以满足风电功率Web服务平台各层之间的松耦合性、功能透明性以及协议无关性等要求, 提高平台结构的可扩展性和可移植性，运行在统一的安全控制体系下。风电功率Web服务平台的总体体系结构如下图所示。

2.1.2 平台技术架构

风电功率Web服务平台采用B/S架构，包括通过浏览器访问的Web服务端和后台服务器端两部分，两部分之间通过网络进行通信。

Web服务端包含用户交互和数据展示界面，如用户登录窗口、功率曲线、用户设置窗口、统计分析和指标曲线等。用户的操作传递给浏览器端事务处理模块，完成相应的功能。Web服务端事务处理模块根据其功能包含回调函数接口、中间业务处理和通信环节三个部分，回调函数接口对用户交互界面的操作事件进行处理，通信环节通过http协议与服务器端进行数据交互，中间业务处理部分实现二者之外其他的功能。

服务器端实现基础业务，包括数据存储管理、数据采集处理和数据上报等三部分。数据存储管理通过mysql数据库对气象数据、风电功率数据和业务管理数据进行存储管理；数据采集处理部分接收气象数值预报和电网调度机构下达的发电计划数据，动态调用风电功率预报模型生成短期和超短期预报结果，定期进行数据的分析统计；数据上报部分接受用户或系统的指令按照通信规约上传发电计划数据。

2.2 业务流程设计

风电功率Web服务平台以数值预报数据的传输管理、风电场实况数据的采集处理、服务器端数据收集处理、功率计算作业调度等业务过程为主线，结合数据存储、考核指标计算、发电计划制作和申报、用户管理、系统管理等流程，完成风电气象服务面向终端用户的应用。整合现代信息技术和风电功率预测模型动态建模技术方法，实时计算生成精度高、覆盖面广、针对性强的风电气象服务信息。最终实现信息流在风电场、风电企业业务值班部门、电网调度机构等的实时流转。

2.3 技术路线

服务器端系统基于.net平台，以c#语言开发，以Mysql作为数据库，实现气象数据观测数据、数值预报数据和风电场风电功率数据的采集、处理和存储管理，集成风电业务规则，以模块化的形式动态加载所需功能。

Web服务端系统以php语言开发，php将程序嵌入到HTML文档中去执行，实现更快的动态网页执行速度，支持几乎所有流行的数据库接口以及操作系统运行环境。

基于MVC模式，前后台解耦，后台模块支持多种数据库接口，提高平台的兼容性。应用基于角色的用户权限模型，实现数据与用户的关联，提高平台对应用场景的适应性。

2.4 关键技术

2.4.1 用户权限管理和资源调度模型

结合风电功率Web服务平台的业务逻辑，对基于角色的访问控制（Role-based Access Control,RBAC）[5]进行了改进，模型中包含的基本元素主要有权限资源、用户、用户组、角色和操作等，主要的关系有分配用户组、分配角色权限和分配用户角色。通过建立用户组、角色和用户与权限资源、操作之间的映射关系，对平台各部分资源进行访问控制。

2.4.2 风电功率预报模型动态调度

目前采用的风电功率预测尺度有超短期预测和短期预测，对于各风电场分别建立物理预报模型或自适应偏最小二乘回归模型，以适应风电场的个性化特征。平台创建风电场和预报模型的映射关系，通过参数匹配，对各风电场进行功率预测时，动态调度相应的风电功率预报模型进行计算。

2.4.3 C/S和B/S架构综合业务集成

我中心已研发了应用于风电场的风电功率服务系统桌面版软件，采用C/S架构，为风电场开展风电功率预报业务提供了很好的支撑，用户评价较高。本文研究的B/S架构的服务平台，是桌面版软件的产品线延续，对桌面版软件系统的后台服务器端系统进行了业务拓展，形成满足风电场、风电企业和电力调度机构等不同应用场景的服务软件产品线。

3 结束语

针对风电功率预测预报业务现状和功率预报软件多应用场景的需要，本文设计了基于Web的风电功率服务平台。利用Web平台的优势，各应用场景下平台的终端用户均可通过用户权限管理和访问控制，获取相应的风电功率服务，从而简化了面向风电场单一应用场景下软件部署的复杂性，节约软件开发和维护成本。平台集成各风电场特定的功率预报模型动态调度机制，能够适应风电场、风电企业和电力调度机构对风电功率预测的集约化管理，为电网的安全可靠运行和更好的开发利用风能资源提供支撑。

[1] 中国气象局风能太阳能资源评估中心.中国风能资源评估(2009)[M].北京：气象出版社,2010.

[2] 路正南,张志娟.我国风电产业装机容量预测分析[J]. 科技与管理.2011(01).

[3] Q/GDW 588-2011,风电功率预测功能规范[S].北京：国家电网公司.

[4] 国家能源局.国家能源局关于印发风电场功率预测预报管理暂行办法的通知[Z].国能新能[2011]177号.2011-06-09.