薛 冰，劉 準

（中國氣象局公共氣象服務(wù)中心，北京 100081）

0 引言

風(fēng)能是應(yīng)用前景廣闊的清潔可再生能源，我國風(fēng)能資源蘊藏量豐富；風(fēng)力發(fā)電以風(fēng)能資源作為保障，是實現(xiàn)碳減排的有效途徑之一[1]。準確預(yù)報風(fēng)電功率，對提高電網(wǎng)的安全運行水平和風(fēng)電企業(yè)的經(jīng)濟效益具有重要意義。國外已經(jīng)研發(fā)了相關(guān)的風(fēng)電功率預(yù)報軟件系統(tǒng)，如丹麥的Prediktor風(fēng)能預(yù)報系統(tǒng)、美國的eWind風(fēng)能預(yù)報軟件，國內(nèi)一些企業(yè)也研發(fā)了相關(guān)的軟件，中國氣象局公共氣象服務(wù)中心研發(fā)了應(yīng)用于風(fēng)電場的風(fēng)電功率預(yù)測軟件。深入分析風(fēng)電氣象服務(wù)業(yè)務(wù)需求，結(jié)合氣象部門在風(fēng)電功率預(yù)測預(yù)報方面的科研成果，本文設(shè)計適應(yīng)多元應(yīng)用場景的風(fēng)電功率Web服務(wù)平臺，為提高風(fēng)電氣象服務(wù)業(yè)務(wù)水平提供支撐。

1 需求分析

1.1 業(yè)務(wù)需求

我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的裝機容量持續(xù)高速增長[2]，能源管理部門對風(fēng)電的規(guī)范發(fā)展提出了要求。電力調(diào)度部門需要提前預(yù)測并網(wǎng)發(fā)電風(fēng)電場的風(fēng)電功率，以便合理制定發(fā)電計劃；風(fēng)電企業(yè)需要結(jié)合所屬風(fēng)電場的功率預(yù)測情況，合理安排發(fā)電作業(yè)和檢修任務(wù)。構(gòu)建面向風(fēng)電場、風(fēng)電企業(yè)和電力調(diào)度機構(gòu)等多元應(yīng)用場景的統(tǒng)一服務(wù)平臺，融合氣象部門精細化數(shù)值天氣預(yù)報結(jié)果，實現(xiàn)開放的平臺架構(gòu)體系，運行于不同類型的操作系統(tǒng)，滿足風(fēng)電企業(yè)、電力調(diào)度機構(gòu)等企業(yè)組織和行業(yè)機構(gòu)實時掌握所轄風(fēng)電場的風(fēng)電功率預(yù)測預(yù)報信息，進行信息綜合集成分析和業(yè)務(wù)決策的需求，形成風(fēng)電行業(yè)功率預(yù)測管理完整解決方案，可以輔助風(fēng)電企業(yè)和行業(yè)機構(gòu)建立點到面的業(yè)務(wù)規(guī)范，通過集約式服務(wù)模式在一定程度上提高風(fēng)電行業(yè)氣象服務(wù)效益。

1.2 功能需求

風(fēng)電功率Web服務(wù)平臺集成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集處理、風(fēng)電功率預(yù)測計算、考核指標評價計算和用戶交互等功能[3-4]，滿足風(fēng)電企業(yè)、電力調(diào)度機構(gòu)等用戶對于風(fēng)力發(fā)電這一新能源的充分利用中所必須依賴的氣象服務(wù)、風(fēng)電服務(wù)的要求，和社會經(jīng)濟對氣象服務(wù)質(zhì)量、內(nèi)涵不斷提高的要求。

風(fēng)電功率Web服務(wù)平臺實現(xiàn)風(fēng)電場基本信息管理、用戶與系統(tǒng)配置管理、歷史數(shù)據(jù)收集處理、實況和預(yù)報數(shù)據(jù)收集處理、風(fēng)電功率預(yù)測、統(tǒng)計分析、數(shù)據(jù)上報等功能，以及氣象信息展示、風(fēng)電功率信息展示、監(jiān)控信息展示、統(tǒng)計查詢、發(fā)電計劃申報、考核指標展示、系統(tǒng)管理、打印輸出等功能。風(fēng)電功率Web服務(wù)平臺的功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 風(fēng)電功率Web服務(wù)平臺功能結(jié)構(gòu)圖

1.3 平臺目標

面向風(fēng)電場、風(fēng)電企業(yè)和電力調(diào)度機構(gòu)等多元應(yīng)用場景，研究和設(shè)計適應(yīng)風(fēng)電功率預(yù)測預(yù)報業(yè)務(wù)需求、多學(xué)科多領(lǐng)域信息高度集成、集約化和自動化的風(fēng)電功率Web服務(wù)平臺，支持在多種服務(wù)器操作系統(tǒng)環(huán)境下運行，能夠快速部署、易于維護。

2 平臺設(shè)計

2.1 平臺應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1.1 總體體系架構(gòu)

風(fēng)電功率Web服務(wù)平臺采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計思路，圍繞可互操作的、松耦合網(wǎng)絡(luò)服務(wù)進行構(gòu)建，實現(xiàn)與已有的業(yè)務(wù)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理信息系統(tǒng)相銜接。平臺基于開放標準和安全互聯(lián)的層級體系，采用層次化的體系結(jié)構(gòu)，由基礎(chǔ)支撐層、數(shù)據(jù)存儲層、Web應(yīng)用邏輯層、Web用戶服務(wù)層和接口規(guī)范等部分組成，各層都遵守統(tǒng)一的數(shù)據(jù)規(guī)范、通信規(guī)范等信息系統(tǒng)標準規(guī)范體系，以滿足風(fēng)電功率Web服務(wù)平臺各層之間的松耦合性、功能透明性以及協(xié)議無關(guān)性等要求, 提高平臺結(jié)構(gòu)的可擴展性和可移植性，運行在統(tǒng)一的安全控制體系下。風(fēng)電功率Web服務(wù)平臺的總體體系結(jié)構(gòu)如下圖所示。

2.1.2 平臺技術(shù)架構(gòu)

風(fēng)電功率Web服務(wù)平臺采用B/S架構(gòu)，包括通過瀏覽器訪問的Web服務(wù)端和后臺服務(wù)器端兩部分，兩部分之間通過網(wǎng)絡(luò)進行通信。

Web服務(wù)端包含用戶交互和數(shù)據(jù)展示界面，如用戶登錄窗口、功率曲線、用戶設(shè)置窗口、統(tǒng)計分析和指標曲線等。用戶的操作傳遞給瀏覽器端事務(wù)處理模塊，完成相應(yīng)的功能。Web服務(wù)端事務(wù)處理模塊根據(jù)其功能包含回調(diào)函數(shù)接口、中間業(yè)務(wù)處理和通信環(huán)節(jié)三個部分，回調(diào)函數(shù)接口對用戶交互界面的操作事件進行處理，通信環(huán)節(jié)通過http協(xié)議與服務(wù)器端進行數(shù)據(jù)交互，中間業(yè)務(wù)處理部分實現(xiàn)二者之外其他的功能。

服務(wù)器端實現(xiàn)基礎(chǔ)業(yè)務(wù)，包括數(shù)據(jù)存儲管理、數(shù)據(jù)采集處理和數(shù)據(jù)上報等三部分。數(shù)據(jù)存儲管理通過mysql數(shù)據(jù)庫對氣象數(shù)據(jù)、風(fēng)電功率數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)管理數(shù)據(jù)進行存儲管理；數(shù)據(jù)采集處理部分接收氣象數(shù)值預(yù)報和電網(wǎng)調(diào)度機構(gòu)下達的發(fā)電計劃數(shù)據(jù)，動態(tài)調(diào)用風(fēng)電功率預(yù)報模型生成短期和超短期預(yù)報結(jié)果，定期進行數(shù)據(jù)的分析統(tǒng)計；數(shù)據(jù)上報部分接受用戶或系統(tǒng)的指令按照通信規(guī)約上傳發(fā)電計劃數(shù)據(jù)。

2.2 業(yè)務(wù)流程設(shè)計

風(fēng)電功率Web服務(wù)平臺以數(shù)值預(yù)報數(shù)據(jù)的傳輸管理、風(fēng)電場實況數(shù)據(jù)的采集處理、服務(wù)器端數(shù)據(jù)收集處理、功率計算作業(yè)調(diào)度等業(yè)務(wù)過程為主線，結(jié)合數(shù)據(jù)存儲、考核指標計算、發(fā)電計劃制作和申報、用戶管理、系統(tǒng)管理等流程，完成風(fēng)電氣象服務(wù)面向終端用戶的應(yīng)用。整合現(xiàn)代信息技術(shù)和風(fēng)電功率預(yù)測模型動態(tài)建模技術(shù)方法，實時計算生成精度高、覆蓋面廣、針對性強的風(fēng)電氣象服務(wù)信息。最終實現(xiàn)信息流在風(fēng)電場、風(fēng)電企業(yè)業(yè)務(wù)值班部門、電網(wǎng)調(diào)度機構(gòu)等的實時流轉(zhuǎn)。

2.3 技術(shù)路線

服務(wù)器端系統(tǒng)基于.net平臺，以c#語言開發(fā)，以Mysql作為數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)氣象數(shù)據(jù)觀測數(shù)據(jù)、數(shù)值預(yù)報數(shù)據(jù)和風(fēng)電場風(fēng)電功率數(shù)據(jù)的采集、處理和存儲管理，集成風(fēng)電業(yè)務(wù)規(guī)則，以模塊化的形式動態(tài)加載所需功能。

Web服務(wù)端系統(tǒng)以php語言開發(fā)，php將程序嵌入到HTML文檔中去執(zhí)行，實現(xiàn)更快的動態(tài)網(wǎng)頁執(zhí)行速度，支持幾乎所有流行的數(shù)據(jù)庫接口以及操作系統(tǒng)運行環(huán)境。

基于MVC模式，前后臺解耦，后臺模塊支持多種數(shù)據(jù)庫接口，提高平臺的兼容性。應(yīng)用基于角色的用戶權(quán)限模型，實現(xiàn)數(shù)據(jù)與用戶的關(guān)聯(lián)，提高平臺對應(yīng)用場景的適應(yīng)性。

2.4 關(guān)鍵技術(shù)

2.4.1 用戶權(quán)限管理和資源調(diào)度模型

結(jié)合風(fēng)電功率Web服務(wù)平臺的業(yè)務(wù)邏輯，對基于角色的訪問控制（Role-based Access Control,RBAC）[5]進行了改進，模型中包含的基本元素主要有權(quán)限資源、用戶、用戶組、角色和操作等，主要的關(guān)系有分配用戶組、分配角色權(quán)限和分配用戶角色。通過建立用戶組、角色和用戶與權(quán)限資源、操作之間的映射關(guān)系，對平臺各部分資源進行訪問控制。

2.4.2 風(fēng)電功率預(yù)報模型動態(tài)調(diào)度

目前采用的風(fēng)電功率預(yù)測尺度有超短期預(yù)測和短期預(yù)測，對于各風(fēng)電場分別建立物理預(yù)報模型或自適應(yīng)偏最小二乘回歸模型，以適應(yīng)風(fēng)電場的個性化特征。平臺創(chuàng)建風(fēng)電場和預(yù)報模型的映射關(guān)系，通過參數(shù)匹配，對各風(fēng)電場進行功率預(yù)測時，動態(tài)調(diào)度相應(yīng)的風(fēng)電功率預(yù)報模型進行計算。

2.4.3 C/S和B/S架構(gòu)綜合業(yè)務(wù)集成

我中心已研發(fā)了應(yīng)用于風(fēng)電場的風(fēng)電功率服務(wù)系統(tǒng)桌面版軟件，采用C/S架構(gòu)，為風(fēng)電場開展風(fēng)電功率預(yù)報業(yè)務(wù)提供了很好的支撐，用戶評價較高。本文研究的B/S架構(gòu)的服務(wù)平臺，是桌面版軟件的產(chǎn)品線延續(xù)，對桌面版軟件系統(tǒng)的后臺服務(wù)器端系統(tǒng)進行了業(yè)務(wù)拓展，形成滿足風(fēng)電場、風(fēng)電企業(yè)和電力調(diào)度機構(gòu)等不同應(yīng)用場景的服務(wù)軟件產(chǎn)品線。

3 結(jié)束語

針對風(fēng)電功率預(yù)測預(yù)報業(yè)務(wù)現(xiàn)狀和功率預(yù)報軟件多應(yīng)用場景的需要，本文設(shè)計了基于Web的風(fēng)電功率服務(wù)平臺。利用Web平臺的優(yōu)勢，各應(yīng)用場景下平臺的終端用戶均可通過用戶權(quán)限管理和訪問控制，獲取相應(yīng)的風(fēng)電功率服務(wù)，從而簡化了面向風(fēng)電場單一應(yīng)用場景下軟件部署的復(fù)雜性，節(jié)約軟件開發(fā)和維護成本。平臺集成各風(fēng)電場特定的功率預(yù)報模型動態(tài)調(diào)度機制，能夠適應(yīng)風(fēng)電場、風(fēng)電企業(yè)和電力調(diào)度機構(gòu)對風(fēng)電功率預(yù)測的集約化管理，為電網(wǎng)的安全可靠運行和更好的開發(fā)利用風(fēng)能資源提供支撐。

[1] 中國氣象局風(fēng)能太陽能資源評估中心.中國風(fēng)能資源評估(2009)[M].北京：氣象出版社,2010.

[2] 路正南,張志娟.我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)裝機容量預(yù)測分析[J]. 科技與管理.2011(01).

[3] Q/GDW 588-2011,風(fēng)電功率預(yù)測功能規(guī)范[S].北京：國家電網(wǎng)公司.

[4] 國家能源局.國家能源局關(guān)于印發(fā)風(fēng)電場功率預(yù)測預(yù)報管理暫行辦法的通知[Z].國能新能[2011]177號.2011-06-09.