風電場的風速以及風功率變化規律的研究

李東陽+高陽

摘 要：隨著風電場的大規模建設，棄風電量的評估得到越來越多的關注。本文主要研究風電場的風速以及風功率變化規律，旨為棄風電量評估模型建立打下堅實的基礎。提前掌握風速和風功率變化規律的情況，可以減少旋轉備用容量，減小風力發電系統成本，并且為電網運行調度提供可靠的依據。

關鍵詞：風電場；風速；風功率；變化規律

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.08.151

1 引言

風能作為一種可再生、潔凈的能源，近年來在全世界范圍內得到了突飛猛進的發展。由于風能具有波動性、間歇性、低能量密度、不可控性等特點，大規模風電的接入對電力系統的安全穩定運行帶來了很大的挑戰。因此在棄風電量評估模型建立以前，對風電場的風速以及風功率變化的統計規律的研究顯得至關重要，提前掌握風速和風功率變化規律的情況，可以減少旋轉備用容量，減小風力發電系統成本，并且為電網運行調度提供可靠的依據。

2 風速-風功率特點

通過大量文獻的查閱和參考，總結出風速變化主要表現為以下兩種特點：（1）由于風能的能量密度較低，氣溫、陰晴、降水等都會引起風速的變化，因此風速變化將存在很大的波動性，呈現為非平穩的隨機信號。（2）由于風速的變化跟太陽的照射有密切關系，所以在一天中風的強弱在某種程度上又呈現周期性。

風功率變化主要表現為以下兩種特點：（1）由于風的能量密度低，氣溫、多云的天氣，降水會引起風速變化，所以風功率變化會有很大波動，呈現出非平穩隨機信號。（2）影響風功率變化的因素很多，包括風速、風向、空氣濕度、大氣密度等氣象信息和風電場的位置、風機布局、地表粗糙度、海拔高度等物理信息。

因此，為了更好研究棄風電量評估模型，本文重點研究風速與風功率的變化規律，為研究棄風電量評估模型建立打好堅實的基礎。

3 風速及風電功率變化的統計規律的數據指標

根據風電場測風塔實測歷史數據和風電場風力發電歷史運行數據，研究該風電場的風速以及風功率變化的統計規律，確定各項數據指標的基本范圍，為數據的預處理工作奠定基礎。數據指標包括：（1）測風塔氣象數據（十米處風速、風向、氣壓、溫度、濕度，二十米處風速、風向，四十米處風速、風向，風機輪轂高度處風速、風向）：每小時均值、每小時最大值、每小時最小值、日均值、日最大值、日最小值；（2）每臺風機實際功率：每小時均值、每小時最大值、每小時最小值、日均值、日最大值、日最小值。

4 數據預處理

基于風速及風電功率變化的統計指標，針對北四家子風電場2015年1月1日-2015年8月31日的風機實際功率數據和測風塔實際氣象數據進行預處理。

（1）測風塔氣象數據預處理。 針對測風塔氣象數據的預處理主要包括以下工作：

1）分析數據連續性，對缺測數據采用樣條插值修正；2）數值小于0 的異常數據，采用樣條插值修正。

（2）風機實際功率數據預處理。針對測風塔氣象數據的預處理主要包括以下工作：

1）分析數據連續性，對缺測數據采用樣條插值修正；2）數值小于0 的異常數據，采用樣條插值修正；3）根據風機實際運行風速與功率的對應關系對風功率數據進行初步篩選和校驗，對不滿足對應關系的點采用樣條插值修正。這里用到風機的理論風速-功率曲線，如果在某一風速下，風機實際功率大于理論功率的150%，或者小于理論功率的50%，則認為這一點的風機實際功率為奇異點，需要對其進行修正。

5 總結

為了更好地研究棄風電量評估模型，本文研究了遼寧省朝陽市北票市北四家子風電場的風速與風功率的變化規律，主要表現為以下兩種數據指標：（1）測風塔氣象數據（十米處風速、風向、氣壓、溫度、濕度，二十米處風速、風向，四十米處風速、風向，風機輪轂高度處風速、風向）：每小時均值、每小時最大值、每小時最小值、日均值、日最大值、日最小值；（2）每臺風機實際功率：每小時均值、每小時最大值、每小時最小值、日均值、日最大值、日最小值。

同時對以上數據做了數據處理，剔除病態數據，為“測風塔”法評估棄風電量模型、“測風塔神經網絡”法評估棄風電量模型奠定了堅實的數據基礎。

參考文獻：

[1]楊秀媛，肖洋，陳樹勇.風電場風速和發電功率預測研究[J].中國電機工程學報，2005，25（11）：1-5.

[2]張國強，張伯明.基于組合預測的風電場風速及風電機功率預測[J].電力系統自動化，2009，33（18）：92-95.

[3]肖洋.風電場風速和發電功率預測研究[D].東北電力大學， 2005.

[4]洪翠，林維明，溫步瀛.風電場風速及風電功率預測方法研究綜述[J].電網與清潔能源，2011，27（01）：60-66.

[5]徐蓓蓓.風電場風速和發電功率預測研究[D].長沙理工大學， 2012.

[6]畢宇飛.風電場風速和發電功率預測研究[J].中國電子商務， 2014（24）：55-55.