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 风力发电随机风速时间序列模型的研究# 张建忠，程明* （东南大学电气工程学院，南京 210096） 5 10 15 20 25 摘要：本文介绍了分别基于威布尔分布模型、组合风速模型和风轮等效风速模型的风力发电 随机风速时间序列生成方法，给出了三种随机风速生成方法的详细过程并计算了给定参数下 随机风速时间序列结果。为了对三种不同方法所获得的随机风速时间序列数据进行评价，采 用风功率谱密度分析技术对随机风速时间序列进行分析，分析结果说明风轮等效风速模型不 仅能够较为准确地体现自然界风速功率谱的分布，而且还能体现三叶片风力机旋转作用的等 效效果，在研究风电场电能质量以及并网运行方式对电网影响的场合具有很好的适用性。 关键词：风力发电；风模型；威布尔分布；组合风速；等效风速 中图分类号：TM74 Modeling of Time Series Stochastic Wind Speed for Wind Power Generation ZHANG Jianzhong, CHENG Ming (School of Electrical Engineering, Southeast University, NanJing 210096) Abstract: This paper introduces the methods to generate time series stochastic wind speed which are based on Weibull distribution model, combined wind model and turbine equivalent wind speed model respectively. The processes of the three methods are proposed in detail and the time series stochastic wind speeds in certain condition are calculated. In order to evaluate the data of time series stochastic wind speeds acquired from different methods, the wind power spectral density (PSD) analysis is adopted to analyze the time series stochastic wind speed. The results show that turbine equivalent wind model may not only fit well with the PSD of natural wind speed, but also show the equivalent effects while the three-blade wind turbine rotates. This model has good potential in the applications of research on power quality of wind farm and effects to the grid for grid-connected system. Keywords: Wind power generation; Wind model; Weibull distribution; combined wind speed; equivalent wind speed 30 0 引言 风速的建模对风电场和电力系统的运行分析具有重要意义，尤其是在分析风电场并网运 行的电能质量以及他们并网运行方式对电网影响的场合。风速作为一种随机现象，必然存在 总体分布。虽然无法从成因上和理论上证明它服从于何种分布，但根据大量资料通过统计推 35 40 断，并采用某种理论分布与实际的经验分布拟合的方法，是可以近似地分析它的分布形式的。 国内外对风速分布，曾有过不少的研究和探索，可用一定的统计模型来进行拟合[1-11]。 本文将讨论目前常见的三种随机风速建模方法，分别为基于威布尔分布模型、组合风速 模型和风轮等效风速模型的风力发电随机风速时间序列生成方法，为了对三种不同方法获得 的随机风速模型进行合理评价，采用风功率谱密度分析技术，对随机风速数据进行分析，以 研究不同的随机风速建模方法获得的随机风速时间序列的特点和适用风力发电研究的情况。 1 威布尔分布模型 威布尔（Weibull）分布被普遍认为是一种形式简单且与实际风速分布能较好地拟合的 概率模型，是目前风能计算中普遍采用的一种分布模型[1-5]。 基