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河西地区风速变化特征及风能预测方法研究

仝纪龙  
【摘要】:风能作为一种可再生的清洁能源,可以改善化石能源枯竭的现状,具有调整能源结构和减轻环境污染的双重功效,将是21世纪最有发展前景的绿色能源。但风电受风速变化特性的影响,具有很大的随机性、间歇性、不可控性和反调峰特性,由此给电网调度和电力供应管理构成显著压力。 为实现电力供应系统稳定运行,接入风电必须考虑留有足够的备用电源和调峰容量,这在很大程度上增加了电力系统的运行成本,而且大规模风电的引入已给电力系统平稳运行带来诸多隐患。因此随着风电装机容量的增加,风电穿透功率超过一定值后,为使电网平稳运行,建立有效可靠的风电功率预测系统必将成为电力系统不可或缺的重要组成部分。 风速预测是风电功率和风电场发电量预测的最重要基础和前提,但目前风电场风速预测精度依然不足,风速预测精度的提高成为目前亟待解决的问题。 本文系统分析了甘肃省风能蕴藏量最大的河西地区近60年来风能变化特征,划分了风速变化的特征类型,将风速分型引入风速预测中,提出了一种风速预测的新方法--小波分解自回归结合风速变化分型的预测方法(WDAR2),由此为发展出适合该地区的风速预测系统模型,为提高风速预测及风能评估精度打下基础,为风能稳定调配上网提供技术支持。 (1)每日4次风观测资料的分析结果可以较好代表同期每日24次风资料的分析结果;河西地区在2000年以前风速整体呈现下降趋势,2000年以后风速则呈现增长的趋势;采用Mann-Kendall(M-K)检验法分析河西地区风速的气候变化适用性较差;2005-2010年间瓜州(原名:安西)地区最大风速为18.4m/s,未超过25.Om/s。 (2)可将河西地区风速变化分型为:平缓波动型风速、普通波动型风速(包括尖峰型风速和宽峰型风速)、递增型风速和递减型风速。 (3)在同一区域内,基于气象站地面风观测(10m高度)、区域测风塔(70m高度)风观测资料计算的风能资源量与利用风电场测点(70m高度)风资料的计算结果存在着差异。表明利用气象站或区域测风塔等替代资料计算风电场的风能资源时,需要进行风的相关性分析,做必要的订正。同时,需要将气象站的地面风订正至风机高度。 (4)本文构建的小波分解自回归结合风速变化分型的预测方法(WDAR2)能够用于风速短期预测,并且在一定程度上提高了风速的预测精度。 (5)在用于电力系统调节的短期风速预测方法中,小波分解自回归结合风速变化分型的风速预测方法(WDAR2)优于小波分解自回归的风速预测方法(WDAR1),也优于目前使用较为广泛的自回归风速预测方法(AR)。


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