风电场风速特性研究

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1、风电场风速特性研究风电场风速特性分析宁夏发电集团有限责任公司王吉生(750002nxwjs飢26)0、引言在冃前的风资源分析中，存在将风电场风速特性简单化处理的现象，没有全而分析风速特性在不同情况下的差异，木文对风速日内变化、切变指数、分布等特性进行分析研究。1、数据來源本次分析数据采用西北地区某测站2007年70米高测风仪数据，该测风仪在10、30、50、70米高度安装风杯,10、70米高度安装风向标,数据完整率为100%。风速统计特征值见下表：各层风速相关系数：从上表中可以看出，各层风速的和关性较好，但层差越大，和关系数越小。10米和70米高度的风向相关系数为0

2、.63o2、不同高度风速口内变化过程不同高度0〜23时的平均风速过程线见下图：从上图中可以看出，10米高风速，白天风速大，晚上小，50米和70米则相反，30米风速口内变化不太大。平均风速口变化的主要原因是太阳辐射的口变化而造成的地面热力不均匀。日出后，地而热力不均匀性渐趋明显，地而温度高于空气温度，气流上下发生对流，进行动量交换，上层动量向下传递，使上层风速减小，下层风速增加；入夜后则相反。在高低层Z间有一个过渡层，过渡层风速变化不明显，从上图可以看出该测站过渡层在30米左右。因此单层风速并不能反映该地的风速特性。30、50、70米高度0〜23时的下两图再绘制10米

3、高风速大于5m/s和小于5m/s时10、平均风速过程线：从上两图中可以发现，夜间两者差杲不大。在白天，当风速较小(风速小于5m/s)时，由于地面温度升高，对各层风速影响更人，上层风速下降的校多，并与下层风速趋于一致。当风速较大(风速大于5n)/s)时，影响较小，与风速不分段时较为一致。3、风速分布在风资源的评估中，一般需要将风速分布拟合为威布尔3分布。威布尔分布在风速为0是概率密度为0,小于静风(气象将风速小于0.3m/s的风定于为静风)的概率密度也极低。在实际的测风数据中，曲于存在大量的静风数拯，致使拟合的威布尔分布存在较人的偏差。下两图分别是没有取消静风数据的肓

4、方图及威布尔图：4下面两图是取消了静风数据之后的直方图及威布尔图：5从上图可以看出，取消静风数据后，威布尔拟合效果更好。(由于该测风数据最小值为0.4m/s,故在计算时将小T0.5m/s的风速视为静风。另外受计算数据的限制，该测站的静风率为1.275%,相对较低。故在取消静风数据前后差别不是很大。当静风率超过2%时，利用最小二乘法拟合的威布尔分布效果就非常差)为统一利用威布尔分布来表征风速分布，可增加静风率P(即静风占总数据的频率)参数提高威布尔拟合的效果，威布尔概率密度可用下式來表示：当vW=vp(vp最人静风值,p为静风率)k-lkf(v)=p/vp+(1-p)

5、(k/c)(v/c)exp([-(v/c)]当v>vpk-lkf(v)=(1-p)(k/c)(v/c)exp([-(v/c)]当vWvp时，威布尔分布累计概率极低，故町简化为f(v)6~p/vp,但此时累计概率密度略小于1。在应用中，可先计算静风率并剔除静风数据，然后利用改进前的各种威布尔计算公式进行参数计算，并利用静风率及威布尔的c、k三个参数来表征风速分布。当利川上述c、k参数反算平均风速、平均风功率密度、有效时长等特征值时，需乘以(1-P),乘以(1-P)Z后才能得到全部数据特征值的近似值。4、切变指数变化风速随高度变化的原因受多种因素的影响比较复杂，某测站当

6、下层风速大于3m/s时，不同高度间0〜23时的切变指数见下图（切变指数采用指数律公式，计算时利用直线冋归的方法，且令直线方程中的截距为0。在置信度为95%,线性关系均显著）：7利用底层风速大于3m/s的数据计算各层间的平均切变指数见下表：从上图及上表中可以看出，切变指数门天人，晚上小，并且高度越高，切变指数越小。且平均风速随高度的增加而增加，但高度越高，变化越小、其主耍原因是风受地形地貌越小，风对以在气压梯度的作用下更自由流动，逐渐达到梯度速度。不同高度间不同风速段的切变指数亦比较复朵，详见下图（当风速为3m/s吋，选取3V风速W4m/s,由于大于14米的风速较少，

7、故风速为14m/s时，选取大于14m/s风速的数据进行计算）:8从上图中可以发现，在低风速，低层间切变指数较高层间切变指数大，说明在低风速时，风速受地面粗糙度影响更大。在风速较大（大于9m/s）时，各层间差别较小，且随风速增加而减小。70、50、30与10米间的切变指数随风速增加而减小,30米以上各层间在风速较小（小于9m/s）时，随风速增加而增加，风速较大（人于9m/s）时），则相反。这主要原因町能是30米高度是过渡层及10与50、70米高度风速昼役变化规律相反有关。通过对比分析不同高程地区的测风资料发现，海拔高程越高，其切变指数越小。这主要是由于高程越高空气