葉林教授團(tuán)隊(duì)：大規(guī)模并網(wǎng)風(fēng)電有功功率預(yù)測(cè)

隨著我國(guó)“雙碳”目標(biāo)的提出，以風(fēng)力發(fā)電為代表的可再生能源發(fā)電近些年得到了廣泛關(guān)注和快速發(fā)展。 2025 年，全國(guó)風(fēng)電、光伏發(fā)電新增裝機(jī)達(dá)到4.4 億kW，再創(chuàng)歷史新高。其中，我國(guó)風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量增長(zhǎng)到119.33GW，年復(fù)合增長(zhǎng)率為22.9%，占全國(guó)發(fā)電總裝機(jī)的21.7%，風(fēng)電裝機(jī)達(dá)到了6.4 億kW。然而，風(fēng)電具有隨機(jī)性、間歇性和不可控的特點(diǎn)，大規(guī)模的不確定性風(fēng)電并網(wǎng)給電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

風(fēng)電功率預(yù)測(cè)是應(yīng)對(duì)風(fēng)電不確定性、促進(jìn)風(fēng)電消納的重要途徑。預(yù)測(cè)的時(shí)間尺度包括超短期(未來4h)、短期(未來3～7 天)和中長(zhǎng)期(未來幾個(gè)月、幾年)。其中，超短期預(yù)測(cè)和短期預(yù)測(cè)對(duì)現(xiàn)代電力系統(tǒng)的調(diào)度運(yùn)行意義重大。傳統(tǒng)的預(yù)測(cè)方法考慮的因素單一，精度的提升空間有限，因此急需研究新的理論和方法，例如，通過在廣域范圍內(nèi)充分挖掘和利用風(fēng)電場(chǎng)之間的時(shí)空相關(guān)性，來有效改善風(fēng)電功率預(yù)測(cè)效果。《大規(guī)模并網(wǎng)風(fēng)電有功功率預(yù)測(cè)——理論、方法和技術(shù)》對(duì)大規(guī)模風(fēng)電功率的時(shí)空變化規(guī)律進(jìn)行分析，針對(duì)獨(dú)立風(fēng)電場(chǎng)、集群內(nèi)風(fēng)電場(chǎng)和集群提出了一系列風(fēng)電功率組合預(yù)測(cè)方法，并進(jìn)行誤差校正。

基于IDSCNN-AM-LSTM 的風(fēng)電功率預(yù)測(cè)模型

基于時(shí)空相關(guān)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)電集群功率超短期預(yù)測(cè)。超短期風(fēng)電功率預(yù)測(cè)采用的是一種基于IDSCNN-AM-LSTM 的超短期風(fēng)電功率組合預(yù)測(cè)模型，包括輸入層、逐通道卷積層、逐點(diǎn)卷積層、最大池化層、高度寬度特征壓縮層、注意力權(quán)重分配層以及LSTM 時(shí)序預(yù)測(cè)層。

風(fēng)電集群功率間接升尺度預(yù)測(cè)示意圖

十年磨一劍，葉林教授團(tuán)隊(duì)承擔(dān)并完成了國(guó)家電網(wǎng)公司總部科技項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等多項(xiàng)國(guó)家級(jí)科研項(xiàng)目，積累了豐富的原創(chuàng)性理論成果，總結(jié)這些成果，葉林教授編寫了《大規(guī)模并網(wǎng)風(fēng)電有功功率預(yù)測(cè)——理論、方法和技術(shù)》 。這本專著全面介紹了以風(fēng)力發(fā)電為代表的大規(guī)模新能源功率預(yù)測(cè)領(lǐng)域的相關(guān)理論、技術(shù)和應(yīng)用，研究?jī)?nèi)容涵蓋了數(shù)據(jù)特性分析與數(shù)據(jù)處理、風(fēng)電功率曲線建模、時(shí)空相關(guān)性理論分析、多時(shí)間尺度功率預(yù)測(cè)方法、升尺度預(yù)測(cè)理論、組合預(yù)測(cè)理論、預(yù)測(cè)誤差分層分析等多個(gè)技術(shù)方向。研究工作從數(shù)據(jù)分析、理論建模、實(shí)際應(yīng)用方面，攻克了諸多關(guān)鍵技術(shù)難題，取得了一系列具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新性成果，形成了完整的理論框架和技術(shù)體系，并獲得了實(shí)際落地應(yīng)用，為支撐我國(guó)新能源領(lǐng)域的發(fā)展發(fā)揮了重要作用。該書具有鮮明的學(xué)術(shù)創(chuàng)新性，內(nèi)容新穎實(shí)用，既有理論依據(jù)，也包含大量翔實(shí)的研究數(shù)據(jù)和具體應(yīng)用案例，代表了國(guó)內(nèi)外大規(guī)模風(fēng)電預(yù)測(cè)領(lǐng)域的先進(jìn)水平，對(duì)新能源領(lǐng)域的研究、開發(fā)和工程實(shí)踐等都具有重要的借鑒作用。

周孝信

中國(guó)科學(xué)院院士

美國(guó)國(guó)家工程院外籍院士

中國(guó)電力科學(xué)研究院有限公司名譽(yù)院長(zhǎng)

IEEE Life Fellow

2025 年10 月

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大規(guī)模并網(wǎng)風(fēng)電有功功率預(yù)測(cè)

——理論、方法和技術(shù)購(gòu)買

葉林 著

北京: 科學(xué)出版社, 2026. 3

ISBN 978-7-03-084608-2

• 第1 章給出風(fēng)電功率預(yù)測(cè)的基本概念、預(yù)測(cè)方法的分類以及預(yù)測(cè)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，分析風(fēng)電功率預(yù)測(cè)方法面臨的問題與挑戰(zhàn)。

• 第2 章介紹風(fēng)電功率預(yù)測(cè)的基本數(shù)學(xué)理論，包括概率與統(tǒng)計(jì)理論基礎(chǔ)、時(shí)間序列分析理論基礎(chǔ)、機(jī)器學(xué)習(xí)理論基礎(chǔ)。

• 第3 章介紹風(fēng)電功率預(yù)測(cè)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。首先，概述數(shù)據(jù)基礎(chǔ)對(duì)于風(fēng)電功率預(yù)測(cè)的意義，介紹風(fēng)電功率預(yù)測(cè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的類型及用途；其次，分析風(fēng)電功率預(yù)測(cè)中數(shù)據(jù)的常見問題；最后，給出異常數(shù)據(jù)的識(shí)別、剔除及重構(gòu)方法。

• 第4 章介紹風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)速-風(fēng)電功率曲線建模方法。首先，從風(fēng)速-風(fēng)電功率的轉(zhuǎn)換關(guān)系出發(fā)，介紹包括區(qū)間分段、統(tǒng)計(jì)擬合以及機(jī)器學(xué)習(xí)三種方法的風(fēng)速-功率曲線的建模方法；其次，分析風(fēng)向?qū)β瘦敵鎏匦缘挠绊懀榻B有向功率曲線建模方法。

• 第5 章介紹大規(guī)模風(fēng)電功率預(yù)測(cè)的時(shí)空相關(guān)性理論，包括基于物理預(yù)測(cè)方法、統(tǒng)計(jì)方法和深度學(xué)習(xí)理論的風(fēng)電功率時(shí)空相關(guān)性建模方法。

• 第6 章介紹大規(guī)模風(fēng)電功率的時(shí)空變化規(guī)律。首先，對(duì)區(qū)域風(fēng)能資源評(píng)估基礎(chǔ)進(jìn)行系統(tǒng)介紹；其次，分析風(fēng)電功率多時(shí)間尺度的時(shí)序變化特性和空間變化規(guī)律；最后，對(duì)風(fēng)電功率在時(shí)間-空間上的變化規(guī)律進(jìn)行協(xié)同分析。

• 第7 章介紹時(shí)空相關(guān)性的風(fēng)電場(chǎng)功率雙向預(yù)測(cè)方法。基于時(shí)間序列的正向時(shí)間相關(guān)性理論，引申給出時(shí)間序列反向時(shí)間相關(guān)性的概念，進(jìn)行正向和反向時(shí)間相關(guān)性的理論分析，最后得出一種風(fēng)電功率雙向預(yù)測(cè)機(jī)制，并建立基于極限學(xué)習(xí)機(jī)的雙向預(yù)測(cè)模型。

• 第8 章介紹考慮空間相關(guān)性約束的風(fēng)電集群功率稀疏超短期預(yù)測(cè)方法。首先介紹空間相關(guān)性的多元統(tǒng)計(jì)表征和稀疏化建模理論，其次介紹空間相關(guān)性稀疏約束的風(fēng)電功率預(yù)測(cè)方法，最后從稀疏控制能力、稀疏度、預(yù)測(cè)精度、計(jì)算效率等指標(biāo)出發(fā)驗(yàn)證所提方法的有效性。

• 第9 章介紹時(shí)空相關(guān)性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)電集群功率超短期預(yù)測(cè)方法。首先介紹神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于氣象-風(fēng)電時(shí)空特征提取的基本原理，其次介紹基于時(shí)空相關(guān)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)電集群功率超短期預(yù)測(cè)過程以及預(yù)測(cè)模型的性能。

• 第10 章介紹風(fēng)電集群有功功率升尺度預(yù)測(cè)方法。首先概述升尺度預(yù)測(cè)的基本概念和理論，然后介紹風(fēng)電集群有功功率的空間相關(guān)性和平滑效應(yīng)分析理論，最后介紹風(fēng)電集群功率預(yù)測(cè)的NWP 特征集選取策略。

• 第11 章介紹風(fēng)電功率組合預(yù)測(cè)理論。首先介紹風(fēng)電功率組合預(yù)測(cè)的意義和分類，其次概述典型組合預(yù)測(cè)模型權(quán)系數(shù)的確定方法，最后詳細(xì)介紹風(fēng)電功率組合預(yù)測(cè)的有效性評(píng)價(jià)過程。

• 第12 章介紹考慮波動(dòng)過程的短期風(fēng)電功率組合預(yù)測(cè)。介紹基于最大相關(guān)-最小冗余的氣象特征因素選取方法，概述風(fēng)電功率波動(dòng)過程劃分方法以及關(guān)聯(lián)性分析過程。

• 第13 章介紹自適應(yīng)指數(shù)動(dòng)態(tài)優(yōu)選的風(fēng)電功率短期組合預(yù)測(cè)模型。首先概述風(fēng)電功率定權(quán)重的組合預(yù)測(cè)方法，其次介紹可變向量遺忘因子加權(quán)組合預(yù)測(cè)方法，最后介紹權(quán)重動(dòng)態(tài)變化的風(fēng)電功率短期組合預(yù)測(cè)方法。

• 第14 章介紹風(fēng)電功率預(yù)測(cè)誤差分層分析方法。首先介紹預(yù)測(cè)誤差數(shù)值特性的分層方法，其次進(jìn)行風(fēng)電功率預(yù)測(cè)誤差的波動(dòng)性分析，最后介紹風(fēng)電功率預(yù)測(cè)誤差的分層補(bǔ)償方式。

本書是在中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)葉林教授領(lǐng)導(dǎo)的“電力系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行與控制”團(tuán)隊(duì)十余年風(fēng)電功率預(yù)測(cè)研究基礎(chǔ)上撰寫而成的，目的在于推動(dòng)風(fēng)電功率預(yù)測(cè)基礎(chǔ)理論研究。本書的研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金新型電力系統(tǒng)領(lǐng)域聯(lián)合基金重點(diǎn)支持項(xiàng)目“基于源網(wǎng)荷預(yù)測(cè)信息的高比例新能源電力系統(tǒng)的電力電量平衡理論研究”、智能電網(wǎng)國(guó)家科技重大專項(xiàng)“高滲透率新能源、高比例直流和高負(fù)荷密度的受端電網(wǎng)構(gòu)建關(guān)鍵技術(shù)”，國(guó)家自然科學(xué)基金“基于時(shí)空間相關(guān)性的風(fēng)電集群功率預(yù)測(cè)的主動(dòng)控制策略研究”、“基于測(cè)量-關(guān)聯(lián)-預(yù)測(cè)的大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能資源動(dòng)態(tài)評(píng)估研究”、“基于組合預(yù)測(cè)模型的并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)短期風(fēng)電功率預(yù)測(cè)研究”，國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目課題“基于數(shù)值天氣預(yù)報(bào)高頻更新的風(fēng)電/光伏日內(nèi)功率及供電保障能力預(yù)測(cè)技術(shù)”的資助。

近十余年來，葉林教授團(tuán)隊(duì)承擔(dān)并完成了國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家電網(wǎng)公司總部科技項(xiàng)目等多項(xiàng)國(guó)家級(jí)科研項(xiàng)目，積累了豐富的原創(chuàng)性理論成果。近年來，葉林教授團(tuán)隊(duì)在新能源發(fā)電功率組合預(yù)測(cè)方法和理論體系、風(fēng)能資源評(píng)估、大規(guī)模新能源并網(wǎng)運(yùn)行控制、電網(wǎng)災(zāi)害防控技術(shù)等多方面展開深入科學(xué)研究，發(fā)展和完善多時(shí)間尺度新能源發(fā)電功率組合預(yù)測(cè)理論體系、優(yōu)化新能源發(fā)電有功功率的模型預(yù)測(cè)控制理論、開展極端天氣下電網(wǎng)災(zāi)害防控體系研究，取得了系統(tǒng)性的創(chuàng)新成果，并在實(shí)際中推廣應(yīng)用。相信該書能夠推動(dòng)風(fēng)電功率預(yù)測(cè)基礎(chǔ)理論研究，為新型電力系統(tǒng)的建設(shè)和能源清潔低碳轉(zhuǎn)型提供理論支撐。

程時(shí)杰

中國(guó)科學(xué)院院士

華中科技大學(xué)教授

IEEE Life Fellow

2025 年10 月

本文摘編自《大規(guī)模并網(wǎng)風(fēng)電有功功率預(yù)測(cè)——理論、方法和技術(shù)》（葉林著. 北京: 科學(xué)出版社, 2026. 3）一書“前言”“序一”“序二”，有刪減修改，標(biāo)題為編者所加。

ISBN 978-7-03-084608-2

責(zé)任編輯：范運(yùn)年 王楠楠

本書系統(tǒng)介紹了大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行有功功率預(yù)測(cè)理論和方法，以期降低大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)所造成的不利影響，為電力系統(tǒng)運(yùn)行與控制提供可靠的決策參考。全書共14 章，主要內(nèi)容包括：緒論、風(fēng)電功率預(yù)測(cè)的基本數(shù)學(xué)理論、風(fēng)電功率預(yù)測(cè)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)、風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)速-風(fēng)電功率曲線建模方法、大規(guī)模風(fēng)電功率預(yù)測(cè)的時(shí)空相關(guān)性理論、大規(guī)模風(fēng)電功率的時(shí)空變化規(guī)律、時(shí)空相關(guān)性的風(fēng)電場(chǎng)功率雙向預(yù)測(cè)方法、考慮空間相關(guān)性約束的風(fēng)電集群功率稀疏超短期預(yù)測(cè)方法、時(shí)空相關(guān)性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)電集群功率超短期預(yù)測(cè)方法、風(fēng)電集群有功功率升尺度預(yù)測(cè)方法、風(fēng)電功率組合預(yù)測(cè)理論、考慮波動(dòng)過程的短期風(fēng)電功率組合預(yù)測(cè)、自適應(yīng)指數(shù)動(dòng)態(tài)優(yōu)選的風(fēng)電功率短期組合預(yù)測(cè)模型、風(fēng)電功率預(yù)測(cè)誤差分層分析方法。

本書可供從事新能源功率預(yù)測(cè)、大規(guī)模新能源并網(wǎng)運(yùn)行與控制、新能源電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化等領(lǐng)域的科研人員和工程技術(shù)人員閱讀參考，也可以作為高等院校相關(guān)專業(yè)的本科生和研究生學(xué)習(xí)參考。此外，本書部分內(nèi)容也可為計(jì)算機(jī)科學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、經(jīng)濟(jì)金融等理論從業(yè)者提供參考。

（本文編輯：劉四旦）

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