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风速模拟研究概述

作者:石家庄风机     日期:2015-9-3     浏览:1985     

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风能是一种能量密度较低,稳定性较差的能源。风移动的过程中,既有动能的变化,又有势能的变化。风速的持续交化在一定时间和空间范围内是随机的,从总的和长期统计结果来看,虽然无法从成因和理论上证明它服从于任何分布,但是通过实验数据分析表明风速的变化仍然具有一定的分布规律。风力发电系统的地面研究涉及高性能的石家庄市风机模拟器,特别是风力发电系统最优控制的解决方案的开发与试验,时至今日风力发电模拟系统已经成为了风力发电实验室研究的必要工具。为了模拟作用在石家庄市风机上风速随时间变化的特征,众多风速模型应用而生,风速模型与实际风速的近似程度是实验室内石家庄市风机模拟准确与否的关键,利用动态变化或静态的风速是考察风力发电系统动静态特性的有效手段,而且准确的风速模型是风力发电系统能量预测系统的衡量标准,所以建立可靠的风速模型非常重要的。
此外风速模型在风力发电系统中具有以下重要意义:(1)能够预测石家庄市风机发电系统能量输出;(2)有助于系统能量转化与系统动特性分析;(3)有利于离网型与并网型风力发电系统的控制策略的开发与实验等。石家庄市风机以风能作为原动力,风速直接决定了石家庄市风机模拟过程的动态特性。若要整套模拟过程符合实际运行时的动态特性,就必须获得风电场短期的风速波动数据,如秒级的风速。最早的风速模型是用于资源规划中,以评价风电的经济性、持久性以及风电场的电力系统的可靠性,如文献[26]中对风速模型进行了详细描述,但这些模型是以平均风速为基础,不适用于风力发电系统动态性能分析;而且一般气象台站所能提供的平均风速数据大都是小时平均风速,因此短时风速只能根据某种算法模拟或实际测量获得。文献禾IJ用统计学规律,提取了风速作为一个随机过程可能符合的分布模式,得出了通常用于拟合风速分布的七种主要模型:瑞利(Rayleigh)分布;F(Gamma)分布;双参数Weibull分布;三参数Weibull分布;皮尔逊(Pearson)Ill型分布;对数正态分布和耿贝尔(Gumbel)或称极限I型分布。由于各种风速模型中考虑的因素较多,未知参数多且初始化与更新复杂,实现起来比较困难。
进行石家庄市风机机输出特性模拟的过程中,从可实现角度,将自然风速简化为4种典型的风速变化情况,即基本风、阵风、渐变风和随机风,但其过于简单,不能包括整个自然风频带的所有风速成分,作为风速数值模拟方法不够完善。通过研究众多风速建模方法,不难看出其目的无非是为了尽可能全面精确地描述风能的随机性和间歇性的特点,能够完成反映风速中短期湍流成分与中长期较平稳风速成分,在整个自然风频带上完整的反映风速特性。本节采取不同于传统的风速描述方式,利用风速功率谱密度进行风速仿真14建模的方法。将空间风速综合考虑分为中长期风速和短期(湍流)风速两部分,其中中长期风速成分用某一特定地点的风的功率谱密度来描述,扰动风速成分与中长期风速无关,被定义为一个非平稳随机过程,反映了风速短期变化的随机性。这样的风速模型既避免了利用分布规律计算的复杂性,又能全面反映自然风速特性。依此所建风速模型既能全面描述风能的随机性和间歇性的特点,又能完全反映风速中短期湍流成分与中长期较平稳风速成分,在整个自然风频带上完整的反映风速特性,可以用于研究石家庄市风机在单一或混合风情况下的系统的动特性。