風(fēng)電功率波動(dòng)特性的分析

熊志浩　趙士坤　邵征亞

摘 要：風(fēng)力發(fā)電輸出功率具有波動(dòng)性、不可準(zhǔn)確預(yù)測(cè)的特點(diǎn)，當(dāng)風(fēng)電大規(guī)模接入后，將提升該區(qū)域發(fā)電計(jì)劃難度，給電力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來(lái)巨大的挑戰(zhàn)。所以，對(duì)風(fēng)電功率進(jìn)行高精度預(yù)測(cè)可以在一定程度上緩解風(fēng)電大規(guī)模并網(wǎng)造成的一系列問(wèn)題。目前為止，如何定量地描述風(fēng)電功率的波動(dòng)性尚缺乏有效的方法。但是，基于大量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，我們可以對(duì)風(fēng)電功率波動(dòng)特性的概率分布作出描述，從而有助于我們對(duì)性質(zhì)的了解。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電功率；波動(dòng)性；概率分布

對(duì)風(fēng)電功率的波動(dòng)進(jìn)行研究量分化指標(biāo)的選取十分重要。目前，對(duì)風(fēng)電功率波動(dòng)的量化指標(biāo)沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，或者說(shuō)在不同的應(yīng)用場(chǎng)合需要不同的量化指標(biāo)。

而對(duì)于風(fēng)電輸出功率波動(dòng)的描述目前有時(shí)域分析、頻率分析和時(shí)頻分析等方法。本文以吉林某風(fēng)電場(chǎng)中20臺(tái)1.5MW風(fēng)電機(jī)組30天的風(fēng)電功率數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對(duì)風(fēng)電功率的波動(dòng)性進(jìn)行研究。

1.風(fēng)電功率波動(dòng)特性概率分布研究

在數(shù)據(jù)中所給的20臺(tái)機(jī)組中任取5臺(tái)，分析在30天內(nèi)每臺(tái)機(jī)組風(fēng)電功率Pi5s（tk） 的波動(dòng)符合的概率分布。為此可采用等距抽樣的方法，選取5臺(tái)風(fēng)電機(jī)組作為樣本數(shù)據(jù)，并選取一定區(qū)間長(zhǎng)度對(duì)每臺(tái)機(jī)組的功率區(qū)間化處理，并統(tǒng)計(jì)各個(gè)區(qū)間內(nèi)的頻數(shù)，從而作出每臺(tái)機(jī)組的頻率分布直方圖，以此來(lái)反映功率的波動(dòng)情況如下：

根據(jù)所得的頻率分布直方圖，分別采用統(tǒng)計(jì)上常用的正態(tài)分布、Weibull分布、Logistic分布進(jìn)行擬合，得到對(duì)應(yīng)的概率分布參數(shù)，并通過(guò)回歸分析進(jìn)行檢驗(yàn)，從而得出擬合度最高的分布類型。最后比較5個(gè)機(jī)組分布的異同，所得數(shù)據(jù)如下：

通過(guò)上述擬合，得到5個(gè)機(jī)組在三種不同分布下的分布參數(shù)，結(jié)果如表1：

2.擬合結(jié)果的檢驗(yàn)

對(duì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)一步處理，分別計(jì)算5個(gè)機(jī)組在不同子區(qū)間的累計(jì)頻率，通過(guò)回歸分析，分析分布函數(shù)的概率累計(jì)與實(shí)際累計(jì)頻率的相關(guān)關(guān)系。仍以第一機(jī)組為例，三種概率分布的概率累計(jì)殘差圖分別如圖（4）、（5）、（6）所示：

通過(guò)上述回歸分析，分別得到三種概率分布下對(duì)應(yīng)每一機(jī)組的回歸模型誤差的標(biāo)準(zhǔn)方差S、調(diào)整的回歸模型誤差占總誤差的百分比R-Sq（adj），對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)分別見(jiàn)表2、表3。

根據(jù)表中數(shù)據(jù)可以得出：對(duì)于每個(gè)機(jī)組，Weibull分布的S均為最小值，R-Sq（adj）均為最大值，Weibull分布最能符合風(fēng)電功率Pi5s（tk） 的波動(dòng)特性，因此推薦Weibull分布為最好的概率分布。

通過(guò)對(duì)5個(gè)機(jī)組的分布進(jìn)行對(duì)比，可以得出它們均最符合Weibull分布，同時(shí)它們的各項(xiàng)指標(biāo)又存在一定的差異性，可以認(rèn)為這種差異性是由于不同機(jī)組所處的外界環(huán)境和內(nèi)部因素綜合作用的結(jié)果。

3.總結(jié)與建議

利用最佳的概率分布以每日為時(shí)間窗寬，對(duì)5個(gè)風(fēng)電功率進(jìn)行擬合，分別計(jì)算30個(gè)時(shí)段的概率分布參數(shù)，并利用回歸分析做出檢驗(yàn)。為了進(jìn)一步反映風(fēng)電功率波動(dòng)的時(shí)空差異性，可以分別比較不同機(jī)組（空間）、不同時(shí)段（時(shí)間）風(fēng)電功率波動(dòng)的概率分布以及與30天總體分布之間的關(guān)系，從而找出差異原因。對(duì)于有大規(guī)模風(fēng)電接入的電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，運(yùn)用已記錄的以往的大量數(shù)據(jù)，處理后對(duì)其波動(dòng)特性進(jìn)行研究分析，是所得數(shù)據(jù)更加直接。

參考文獻(xiàn)

[1] 林衛(wèi)星，文勁宇，風(fēng)電功率波動(dòng)特性的概率分布研究，中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，32（1）：38-46，2012。