風(fēng)電場的風(fēng)速以及風(fēng)功率變化規(guī)律的研究

李東陽+高陽

摘 要：隨著風(fēng)電場的大規(guī)模建設(shè)，棄風(fēng)電量的評估得到越來越多的關(guān)注。本文主要研究風(fēng)電場的風(fēng)速以及風(fēng)功率變化規(guī)律，旨為棄風(fēng)電量評估模型建立打下堅實的基礎(chǔ)。提前掌握風(fēng)速和風(fēng)功率變化規(guī)律的情況，可以減少旋轉(zhuǎn)備用容量，減小風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)成本，并且為電網(wǎng)運行調(diào)度提供可靠的依據(jù)。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電場；風(fēng)速；風(fēng)功率；變化規(guī)律

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

1 引言

風(fēng)能作為一種可再生、潔凈的能源，近年來在全世界范圍內(nèi)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。由于風(fēng)能具有波動性、間歇性、低能量密度、不可控性等特點，大規(guī)模風(fēng)電的接入對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行帶來了很大的挑戰(zhàn)。因此在棄風(fēng)電量評估模型建立以前，對風(fēng)電場的風(fēng)速以及風(fēng)功率變化的統(tǒng)計規(guī)律的研究顯得至關(guān)重要，提前掌握風(fēng)速和風(fēng)功率變化規(guī)律的情況，可以減少旋轉(zhuǎn)備用容量，減小風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)成本，并且為電網(wǎng)運行調(diào)度提供可靠的依據(jù)。

2 風(fēng)速-風(fēng)功率特點

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

風(fēng)功率變化主要表現(xiàn)為以下兩種特點：（1）由于風(fēng)的能量密度低，氣溫、多云的天氣，降水會引起風(fēng)速變化，所以風(fēng)功率變化會有很大波動，呈現(xiàn)出非平穩(wěn)隨機信號。（2）影響風(fēng)功率變化的因素很多，包括風(fēng)速、風(fēng)向、空氣濕度、大氣密度等氣象信息和風(fēng)電場的位置、風(fēng)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(fēng)電量評估模型，本文重點研究風(fēng)速與風(fēng)功率的變化規(guī)律，為研究棄風(fēng)電量評估模型建立打好堅實的基礎(chǔ)。

3 風(fēng)速及風(fēng)電功率變化的統(tǒng)計規(guī)律的數(shù)據(jù)指標(biāo)

根據(jù)風(fēng)電場測風(fēng)塔實測歷史數(shù)據(jù)和風(fēng)電場風(fēng)力發(fā)電歷史運行數(shù)據(jù)，研究該風(fēng)電場的風(fēng)速以及風(fēng)功率變化的統(tǒng)計規(guī)律，確定各項數(shù)據(jù)指標(biāo)的基本范圍，為數(shù)據(jù)的預(yù)處理工作奠定基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)指標(biāo)包括：（1）測風(fēng)塔氣象數(shù)據(jù)（十米處風(fēng)速、風(fēng)向、氣壓、溫度、濕度，二十米處風(fēng)速、風(fēng)向，四十米處風(fēng)速、風(fēng)向，風(fēng)機輪轂高度處風(fēng)速、風(fēng)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(fēng)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(shù)據(jù)預(yù)處理

基于風(fēng)速及風(fēng)電功率變化的統(tǒng)計指標(biāo)，針對北四家子風(fēng)電場2015年1月1日-2015年8月31日的風(fēng)機實際功率數(shù)據(jù)和測風(fēng)塔實際氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。

（1）測風(fēng)塔氣象數(shù)據(jù)預(yù)處理。 針對測風(fēng)塔氣象數(shù)據(jù)的預(yù)處理主要包括以下工作：

1）分析數(shù)據(jù)連續(xù)性，對缺測數(shù)據(jù)采用樣條插值修正；2）數(shù)值小于0 的異常數(shù)據(jù)，采用樣條插值修正。

（2）風(fēng)機實際功率數(shù)據(jù)預(yù)處理。針對測風(fēng)塔氣象數(shù)據(jù)的預(yù)處理主要包括以下工作：

1）分析數(shù)據(jù)連續(xù)性，對缺測數(shù)據(jù)采用樣條插值修正；2）數(shù)值小于0 的異常數(shù)據(jù)，采用樣條插值修正；3）根據(jù)風(fēng)機實際運行風(fēng)速與功率的對應(yīng)關(guān)系對風(fēng)功率數(shù)據(jù)進(jìn)行初步篩選和校驗，對不滿足對應(yīng)關(guān)系的點采用樣條插值修正。這里用到風(fēng)機的理論風(fēng)速-功率曲線，如果在某一風(fēng)速下，風(fēng)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(rèn)為這一點的風(fēng)機實際功率為奇異點，需要對其進(jìn)行修正。

5 總結(jié)

為了更好地研究棄風(fēng)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(fēng)電場的風(fēng)速與風(fēng)功率的變化規(guī)律，主要表現(xiàn)為以下兩種數(shù)據(jù)指標(biāo)：（1）測風(fēng)塔氣象數(shù)據(jù)（十米處風(fēng)速、風(fēng)向、氣壓、溫度、濕度，二十米處風(fēng)速、風(fēng)向，四十米處風(fēng)速、風(fēng)向，風(fēng)機輪轂高度處風(fēng)速、風(fēng)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(fēng)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(shù)據(jù)做了數(shù)據(jù)處理，剔除病態(tài)數(shù)據(jù)，為“測風(fēng)塔”法評估棄風(fēng)電量模型、“測風(fēng)塔神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”法評估棄風(fēng)電量模型奠定了堅實的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

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