本文：基于波动互相关系数的风能资源评估组合模型

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基于波动互相关系数的风能资源评估组合模型

叶林，饶日晟，杨丹萍，靳晶新，张亚丽

DOI：13334/j.0258-8013.pcsee.161012

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项目背景

风电场风能资源评估是为了确定和预测风电场长期风资源状况，评估风电场的长期风能资源储量，为风电场选址分析、风机最优排布方案设计和风电场经济运行提供依据。国内外已投运的风电场实际运行效率与设计效率存在较大的差异，为保证风电场的经济运行，必须提高风电场长期风能资源评估的准确性和可靠性。论文提出的基于测量–关联–预测(MCP)的组合模型，可以提高风电场长期风速和风功率密度分布的预测精度。

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论文所解决的问题及意义

为综合利用多组参考数据，对目标站长期风能资源进行预测时，站间风速的相关程度是衡量参考数据参考价值的重要依据。目前常用的线性相关系数的求取过程简单，但其数值易受异常数据的影响。由于实际风电场和气象站所处地形和地表粗糙度等的条件不同，显著影响了风速的变化，所以线性权重分配策略的理论基础较弱。

针对以上问题，本文提出了基于波动互相关系数的风能资源评估组合模型，将代表站间风速波动趋势相关性的波动互相关系数作为衡量参考站与目标站之间相关程度的指标，并将其作为多参考站MCP组合模型中权重分配的参数，实现了多组参考数据的合理利用，从而有效提高风电场风能资源评估的精度。

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论文重点内容

波动互相关系数表示的是随着时间差的变化风速分布组合模型，两个时间序列数值之差的变化情况。首先，利用多组气象站的数据和目标站的数据计算目标站与多组气象站之间的波动互相关系数，计算结果如表1所示。

表1 各参考站与目标站短期风速之间的波动相关系数

将波动互相关系数作为对应参考站预测结果的组合权重依据，参考站与目标站之间的风速相关系数越大，则认为该参考站对应的初步预测结果越具参考价值。因此，将波动互相关系数作为参考站评价指标和组合权重，目标站的风能资源评估结果选用3个波动互相关系数较大的参考站对应的预测结果进行加权组合。

目标站实测风速概率分布、单参考站和不同组合策略的多参考站方差比法对应的目标站长期风速概率分布的预测结果及威布尔分布拟合曲线如图1所示。

图1 单参考站与多参考站组合的方差比法预测结果

根据各参考站预测所得目标站长期风速的威布尔分布函数可得对应的目标站长期风功率密度分布，再结合各参考站对应的组合权重系数可计算得到在不同组合下的目标站长期风功率密度分布，如图2所示。

图2 目标站长期风功率密度分布的预测结果

以波动互相关系数作为权重参数时，对目标站长期年平均风功率密度预测的绝对误差最小。误差比线性相关系数组合降低了88.21%，比单参考站中预测结果最好的预测误差也降低了75.21%。

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结论

（1）波动互相关系数是表征站间风速相关性的有效参数，可用于风能资源组合评估模型；

（2）采用各参考站与目标站短期风速之间的波动互相关系数作为组合权重参数时，所得目标站长期风速分布的组合预测结果以及风功率密度分布、平均风功率密度的预测结果更精确；

（3）综合利用多组参考数据是提高MCP对目标站长期风资源的预测精度的有效途径，从而可以有效提高风电场风能资源评估的精度。

引文信息

叶林，饶日晟，杨丹萍，等．基于波动互相关系数的风能资源评估组合模型[J]．中国电机工程学报，2017，37(3)：712-719.

Ye Lin, Rao Risheng, Yang Danping, et al．Acombined Wind Resource Assessment Model Based on Fluctuation Cross-Correlation Coefficient[J]. Proceedings of the CSEE, 2017, 37(3)：712-719.

团队介绍

中国农业大学叶林教授领导的团队主要从事电力系统自动化、考虑大规模风电/太阳能接入的电网安全风险分析、风电/太阳能功率预测模型和空间相关性算法、基于功率预测的区域风电场有功功率控制策略、电力系统电磁暂态建模与实时仿真以及区域风电场风能资源精细化评估等领域的科学研究。

叶林(1968)，教授、博士生导师，德国洪堡学者、教育部新世纪优秀人才、霍英东青年基金奖励项目获得者。2000年毕业于中国科学院电工研究所获工学博士学位。2000—2002年在德国卡尔斯鲁厄大学（KIT）从事科学研究，2004-2007年在英国剑桥大学工程系工作。近年来先后主持4项国家自然科学基金研究项目、教育部科学技术重点研究项目、教育部博士点基金（博导类）课题、霍英东青年教师奖励（基金）项目、北京市自然科学基金研究项目、教育部出国留学回国人员启动基金等纵向科研项目以及国家电网公司科技项目等横向科技项目。近年来在国内外学术期刊发表高水平的研究论文被SCI收录21篇、EI收录论文58篇，授权/申请国家发明专利11项和国家计算机软件著作权29项。担任《电力系统保护与控制》、《电力与能源进展》、《Protection & Control of Modern Power Systems》期刊的编委。

2000-2002年获德国政府最高荣誉Alexander von Humboldt Stiftung/Foundation基金（德国洪堡学者）；2004年获教育部霍英东基金会青年教师奖励（基金项目）资助；2008年入选教育部新世纪优秀人才资助计划；获2012年度教育部科学研究优秀成果奖（科学技术）自然科学奖二等奖（排名第一）。

饶日晟(1992)，男，硕士研究生，主要研究方向为电力系统运行与控制、新能源发电技术。

杨丹萍(1990)，女，硕士，工程师，主要研究方向为电力系统运行与控制。

靳晶新(1984)，男，博士研究生，主要研究方向为风能资源精细化评估。

张亚丽(1991)，女风速分布组合模型，硕士研究生，主要研究方向为电力系统运行与控制。