[发明专利]一种评价风速周期性的方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于风资源评估技术领域，尤其涉及一种评价风速周期性的方法及系统。

背景技术

在环境恶化、能源短缺的今天，风能作为一种清洁、无污染的可再生能源，已显现出极大优势。由于风力发电机组的输出功率与风速的三次方成正比关系，对风速的研究至关重要。自然界的风的最大特点是随机波动性，这给风电场运行维护及风电网调度带来巨大挑战。如何从随机波动的风速中挖掘出其内在的规律性，已成为风资源评估、风电场设计及风电场运行维护中亟需解决的问题，事关风电场项目的成败。

事实上，在风速的随机波动性之中也蕴含着一定的规律性，周期性就是其重要表现之一。国内外学者已经对风速分布特性做了大量的研究，然而到目前，大多数对风资源特性的研究还主要集中在风速的整体变化趋势及分布规律，没有揭示风速变化的内在规律，没有找到风速变化的一致性和不变性特征。少数学者开始对风速周期性进行研究，但没有定量的衡量指标，只能局限在粗略的定性分析，无法进行不同地区不同季节周期性的比较，且这些研究主要集中在4～10年的大时间尺度上近地面的周期变化，其方法并不适用于风电场尺度下风速的周期性分析。

为了解决上述问题，本发明基于Morlet小波分析法建立了风速周期分布平面模型，并提出评价风速变化周期特性的指标——周期强度PI及相对周期强度RPI。为定量地衡量风速变化周期的强度特征，提取显著周期，准确地比较不同地区不同季节风速周期性的强弱，描述风速在不同季节、不同时间尺度下的周期分布提供科学依据，同时为风资源评估及电网调度提供可靠的技术支撑。结果可作为风资源评估的有效衡量指标，并为风速风频分布函数的拟合及风电场出力特性的研究提供理论依据。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术对风速特性的分析研究主要集中在其整体的分布特征及其随时间的变化趋势，不能表达蕴含在风速波动性之中的不变性、一致性。为表达风速变化的内在规律，提供一种评价风速周期性的方法及系统。通过建立风速周期分布平面模型以及相应的周期评价指标，实现风速信号的拆解、显著周期的提取，以及周期强度特征的比较，为风资源评估，风电场设计及调度提供科学依据。

为了实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种评价风速周期性的系统，该系统包括数据读取模块、尺度参数确定模块、建模分析模块、评价指标计算模块、周期分布平面建立模块及结果分析模块；其中，数据读取模块与建模分析模块相连，作为建模分析模块的输入；尺度参数确定模块也与建模分析模块相连，作为建模分析模块的输入；建模分析模块与评价指标计算模块相连，评价指标计算模块与曲面建立模块相连，评价指标计算模块与结果分析模块相连。

所述数据读取模块，用于提取来流风速数据信息，并对原始数据进行验证和订正，得到一系列等时间间隔的风速数据，作为模型的样本时间序列；

所述尺度参数确定模块，用于确定风速周期性分析及评价的时间尺度；

所述建模分析模块，包含小波变换模块和小波系数计算模块，通过小波变换，对样本时间序列的周期性进行初步分析；其中，数据读取模块与建模分析模块相连，作为建模分析模块的输入；尺度参数确定模块也与建模分析模块相连，作为建模分析模块的输入；建模分析模块与评价指标计算模块相连，评价指标计算模块与周期分布平面建立模块相连，评价指标计算模块与结果分析模块相连

所述小波变换模块，根据尺度参数确定模块确定的时间尺度，对母小波函数进行伸缩变换及平移变换，形成子小波函数；

所述小波系数计算模块：用于计算每一个子小波函数的小波系数；

所述评价指标计算模块，包含PI计算模块和RPI计算模块，分别用于PI及RPI的计算；根据小波系数计算模块输出的小波系数，计算周期强度PI及相对周期强度RPI，定量评价样本序列的周期性强弱；

所述周期分布平面建立模块，根据风速周期评价指标PI及RPI，表达样本时间序列在不同周期上的分布特征；

所述结果分析模块：用于风速序列周期性的评价及分析；该模块包含三个子模块：显著周期提取模块、周期强度评价模块及相对周期强度评价模块；其中

所述显著周期提起模块：用于提取显著周期区间；

所述周期强度评价模块：分析及评价某一时域(时间范围)频域(周期尺度范围)内风速变化周期的强弱；

所述相对周期强度评价模块：分析及评价某一时域频域内风速变化周期的相对强弱。

一种评价风速周期性的方法，包括以下步骤：