王雷+王存堂+謝方偉

摘要： 通過(guò)對(duì)離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)及氣象情況的監(jiān)測(cè)，繪制了風(fēng)速-功率散點(diǎn)圖.利用最大似然估計(jì)法對(duì)風(fēng)機(jī)輸出功率曲線進(jìn)行擬合，結(jié)果表明：七次多項(xiàng)式擬合結(jié)果最逼近實(shí)際工況；二次多項(xiàng)式擬合曲線精度稍差，但表達(dá)式簡(jiǎn)單明了，可快速預(yù)測(cè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電量.此外，通過(guò)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電量的實(shí)際值、理論功率曲線預(yù)測(cè)值以及利用最大似然估計(jì)法擬合得到的功率曲線的預(yù)測(cè)值的對(duì)比，結(jié)果表明：風(fēng)力發(fā)電機(jī)生產(chǎn)廠商提供的曲線只能反映其穩(wěn)態(tài)的風(fēng)速-功率關(guān)系，用來(lái)預(yù)測(cè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電量還存在較大誤差；利用最大似然估計(jì)法擬合得到的功率曲線預(yù)測(cè)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電量誤差明顯偏小.

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電機(jī)； 功率特性； 最大似然估計(jì)法

中圖分類號(hào)： TK 82文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)速-功率曲線描述了風(fēng)速與風(fēng)力機(jī)輸出功率之間的關(guān)系.根據(jù)風(fēng)速-功率曲線，不僅能夠判定風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出性能的優(yōu)劣，而且可以檢測(cè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀況是否正常，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在問(wèn)題，因此風(fēng)速-功率曲線在風(fēng)電輸出功率預(yù)測(cè)方面有著廣泛的應(yīng)用[1-3].

風(fēng)速-功率曲線包括理論功率曲線和實(shí)測(cè)功率曲線.風(fēng)力發(fā)電機(jī)生產(chǎn)廠商往往給出理論功率曲線，而理論功率曲線是在理想條件下測(cè)定的，沒(méi)有考慮風(fēng)的湍流特性和風(fēng)機(jī)安裝地的實(shí)際情況，不能準(zhǔn)確地反映風(fēng)速與功率間的實(shí)際對(duì)應(yīng)關(guān)系.按照IEC61400標(biāo)準(zhǔn)，功率曲線應(yīng)通過(guò)實(shí)測(cè)方式得到.本文對(duì)離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)速、輸出功率進(jìn)行了實(shí)際測(cè)量，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，得到實(shí)測(cè)風(fēng)速-功率擬合曲線，為功率的預(yù)測(cè)提供依據(jù).

1實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計(jì)

1.1硬件設(shè)計(jì)

風(fēng)力發(fā)電機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件主要由被監(jiān)測(cè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)﹑風(fēng)能控制器﹑蓄電池﹑加熱器﹑逆變器﹑風(fēng)速風(fēng)向傳感器﹑電壓電流傳感器﹑西門子PLC-200﹑上位機(jī)等構(gòu)成[4-5].圖1為風(fēng)力發(fā)電監(jiān)測(cè)原理圖，圖2為風(fēng)力發(fā)電機(jī)主體測(cè)試現(xiàn)場(chǎng).

1.2軟件平臺(tái)的設(shè)計(jì)

軟件平臺(tái)的設(shè)計(jì)主要是為了實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)現(xiàn)場(chǎng)氣象數(shù)據(jù)和風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出功率的采集.該平臺(tái)利用LabVIEW軟件進(jìn)行開發(fā)[6]，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主界面如圖3所示，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)程序如圖4所示，每隔3 s對(duì)風(fēng)速及風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出電流、電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行一次采集.

2數(shù)據(jù)處理與分析

2.1風(fēng)力發(fā)電機(jī)參數(shù)與當(dāng)?shù)仫L(fēng)速分布情況

被監(jiān)測(cè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)參數(shù)如表1所示，表2為江蘇鎮(zhèn)江市區(qū)各月平均風(fēng)速表.

由圖5、圖6比較可知，實(shí)際運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)并不是完全按照廠家給定的風(fēng)速-功率理論曲線運(yùn)行的，而是運(yùn)行在一個(gè)很寬的區(qū)域內(nèi).考慮到實(shí)際天氣情況及運(yùn)行狀況，由于各個(gè)時(shí)刻風(fēng)力發(fā)

電機(jī)所處的風(fēng)向﹑大氣條件﹑風(fēng)速變化情況等不同，即使風(fēng)速相同，對(duì)應(yīng)的功率也可能相差很大.因此，根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)建立數(shù)學(xué)模型，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率進(jìn)行預(yù)測(cè)，可減小實(shí)驗(yàn)方法帶來(lái)的一些誤差，從而獲得較為準(zhǔn)確的實(shí)測(cè)風(fēng)速-功率擬合曲線.

2.3實(shí)測(cè)風(fēng)速功率擬合曲線

為了得到同一風(fēng)速下的一系列功率數(shù)據(jù)，引入了最大似然估計(jì)法，對(duì)同一風(fēng)速下的實(shí)測(cè)功率采用求數(shù)學(xué)期望的方法.當(dāng)數(shù)據(jù)足夠多、實(shí)驗(yàn)次數(shù)也足夠多時(shí)，同一風(fēng)速對(duì)應(yīng)的各功率數(shù)據(jù)點(diǎn)可以認(rèn)為服從正態(tài)分布.利用最大似然估計(jì)法可以很方便地計(jì)算出其期望值.例如，某一風(fēng)速vi對(duì)應(yīng)一系列功率值pij，pij即為風(fēng)速vi對(duì)應(yīng)的功率數(shù)據(jù)點(diǎn)pi的一系列樣本，可采用最大似然估計(jì)法求得pij的期望值ui作為pi的估計(jì)值.具體計(jì)算過(guò)程為

似然函數(shù)

式中：i為風(fēng)速分段點(diǎn)；Ni為第i個(gè)風(fēng)速點(diǎn)對(duì)應(yīng)的功率個(gè)數(shù)；pij為對(duì)應(yīng)vi的第j個(gè)功率值.

求得風(fēng)速-功率數(shù)據(jù)對(duì)（vi，ui）如表3所示，即可擬合得到風(fēng)速-功率曲線.

本文對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分別進(jìn)行了二次、七次多項(xiàng)式擬合，所得曲線如圖7所示.

2.4實(shí)測(cè)風(fēng)速功率擬合曲線的準(zhǔn)確性檢驗(yàn)

為了驗(yàn)證利用實(shí)測(cè)風(fēng)速-功率擬合曲線計(jì)算和預(yù)測(cè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電量的準(zhǔn)確性，通過(guò)實(shí)驗(yàn)隨機(jī)測(cè)得4 d的風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電量，然后根據(jù)氣象數(shù)據(jù)計(jì)算出理論曲線日發(fā)電量和實(shí)測(cè)擬合曲線日發(fā)電量.通過(guò)對(duì)比分別計(jì)算出實(shí)測(cè)擬合曲線日發(fā)電量﹑理論曲線日發(fā)電量與風(fēng)機(jī)實(shí)際日發(fā)電量的誤差，結(jié)果表明：實(shí)測(cè)擬合曲線日發(fā)電量誤差更小.表4給出了風(fēng)力發(fā)電機(jī)日發(fā)電量對(duì)比結(jié)果.

從表4分析可知：實(shí)測(cè)擬合曲線計(jì)算的風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電量普遍低于風(fēng)力發(fā)電機(jī)實(shí)際日發(fā)電量；理論曲線計(jì)算的風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電量普遍高于風(fēng)力發(fā)電機(jī)實(shí)際日發(fā)電量.但是通過(guò)對(duì)比兩者誤差可以得出，實(shí)測(cè)擬合曲線與實(shí)際日發(fā)電量的誤差明顯小于理論曲線與實(shí)際日發(fā)電量的誤差.

3結(jié)論

本文利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的最大似然估計(jì)法對(duì)實(shí)測(cè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)速-功率數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，并以此為基礎(chǔ)，對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行多次曲線擬合.結(jié)果表明：七次多項(xiàng)式曲線擬合結(jié)果最逼近建模數(shù)據(jù)點(diǎn)，是理想的實(shí)測(cè)功率擬合曲線.而二次多項(xiàng)式曲線擬合結(jié)果更便于實(shí)際計(jì)算與預(yù)測(cè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電量，且較好地反映了動(dòng)態(tài)過(guò)程中風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)速與功率之間的關(guān)系.

參考文獻(xiàn)：

[1]王瑜，黎燦兵，蘇喆，等.風(fēng)-光聯(lián)合供能系統(tǒng)[J].河南電力，2008（3）：13-16.

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[7]李遠(yuǎn).基于風(fēng)能資源特征的風(fēng)電機(jī)組優(yōu)化選型方法研究[D].北京：華北電力大學(xué)，2008.

[8]郎斌斌，穆鋼，嚴(yán)干貴，等.聯(lián)網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組風(fēng)速-功率特性曲線的研究[J].電網(wǎng)技術(shù)，2008，32（12）：70-74.

摘要： 通過(guò)對(duì)離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)及氣象情況的監(jiān)測(cè)，繪制了風(fēng)速-功率散點(diǎn)圖.利用最大似然估計(jì)法對(duì)風(fēng)機(jī)輸出功率曲線進(jìn)行擬合，結(jié)果表明：七次多項(xiàng)式擬合結(jié)果最逼近實(shí)際工況；二次多項(xiàng)式擬合曲線精度稍差，但表達(dá)式簡(jiǎn)單明了，可快速預(yù)測(cè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電量.此外，通過(guò)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電量的實(shí)際值、理論功率曲線預(yù)測(cè)值以及利用最大似然估計(jì)法擬合得到的功率曲線的預(yù)測(cè)值的對(duì)比，結(jié)果表明：風(fēng)力發(fā)電機(jī)生產(chǎn)廠商提供的曲線只能反映其穩(wěn)態(tài)的風(fēng)速-功率關(guān)系，用來(lái)預(yù)測(cè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電量還存在較大誤差；利用最大似然估計(jì)法擬合得到的功率曲線預(yù)測(cè)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電量誤差明顯偏小.

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電機(jī)； 功率特性； 最大似然估計(jì)法

中圖分類號(hào)： TK 82文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)速-功率曲線描述了風(fēng)速與風(fēng)力機(jī)輸出功率之間的關(guān)系.根據(jù)風(fēng)速-功率曲線，不僅能夠判定風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出性能的優(yōu)劣，而且可以檢測(cè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀況是否正常，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在問(wèn)題，因此風(fēng)速-功率曲線在風(fēng)電輸出功率預(yù)測(cè)方面有著廣泛的應(yīng)用[1-3].

風(fēng)速-功率曲線包括理論功率曲線和實(shí)測(cè)功率曲線.風(fēng)力發(fā)電機(jī)生產(chǎn)廠商往往給出理論功率曲線，而理論功率曲線是在理想條件下測(cè)定的，沒(méi)有考慮風(fēng)的湍流特性和風(fēng)機(jī)安裝地的實(shí)際情況，不能準(zhǔn)確地反映風(fēng)速與功率間的實(shí)際對(duì)應(yīng)關(guān)系.按照IEC61400標(biāo)準(zhǔn)，功率曲線應(yīng)通過(guò)實(shí)測(cè)方式得到.本文對(duì)離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)速、輸出功率進(jìn)行了實(shí)際測(cè)量，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，得到實(shí)測(cè)風(fēng)速-功率擬合曲線，為功率的預(yù)測(cè)提供依據(jù).

1實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計(jì)

1.1硬件設(shè)計(jì)

風(fēng)力發(fā)電機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件主要由被監(jiān)測(cè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)﹑風(fēng)能控制器﹑蓄電池﹑加熱器﹑逆變器﹑風(fēng)速風(fēng)向傳感器﹑電壓電流傳感器﹑西門子PLC-200﹑上位機(jī)等構(gòu)成[4-5].圖1為風(fēng)力發(fā)電監(jiān)測(cè)原理圖，圖2為風(fēng)力發(fā)電機(jī)主體測(cè)試現(xiàn)場(chǎng).

1.2軟件平臺(tái)的設(shè)計(jì)

軟件平臺(tái)的設(shè)計(jì)主要是為了實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)現(xiàn)場(chǎng)氣象數(shù)據(jù)和風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出功率的采集.該平臺(tái)利用LabVIEW軟件進(jìn)行開發(fā)[6]，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主界面如圖3所示，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)程序如圖4所示，每隔3 s對(duì)風(fēng)速及風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出電流、電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行一次采集.

2數(shù)據(jù)處理與分析

2.1風(fēng)力發(fā)電機(jī)參數(shù)與當(dāng)?shù)仫L(fēng)速分布情況

被監(jiān)測(cè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)參數(shù)如表1所示，表2為江蘇鎮(zhèn)江市區(qū)各月平均風(fēng)速表.

由圖5、圖6比較可知，實(shí)際運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)并不是完全按照廠家給定的風(fēng)速-功率理論曲線運(yùn)行的，而是運(yùn)行在一個(gè)很寬的區(qū)域內(nèi).考慮到實(shí)際天氣情況及運(yùn)行狀況，由于各個(gè)時(shí)刻風(fēng)力發(fā)

電機(jī)所處的風(fēng)向﹑大氣條件﹑風(fēng)速變化情況等不同，即使風(fēng)速相同，對(duì)應(yīng)的功率也可能相差很大.因此，根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)建立數(shù)學(xué)模型，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率進(jìn)行預(yù)測(cè)，可減小實(shí)驗(yàn)方法帶來(lái)的一些誤差，從而獲得較為準(zhǔn)確的實(shí)測(cè)風(fēng)速-功率擬合曲線.

2.3實(shí)測(cè)風(fēng)速功率擬合曲線

為了得到同一風(fēng)速下的一系列功率數(shù)據(jù)，引入了最大似然估計(jì)法，對(duì)同一風(fēng)速下的實(shí)測(cè)功率采用求數(shù)學(xué)期望的方法.當(dāng)數(shù)據(jù)足夠多、實(shí)驗(yàn)次數(shù)也足夠多時(shí)，同一風(fēng)速對(duì)應(yīng)的各功率數(shù)據(jù)點(diǎn)可以認(rèn)為服從正態(tài)分布.利用最大似然估計(jì)法可以很方便地計(jì)算出其期望值.例如，某一風(fēng)速vi對(duì)應(yīng)一系列功率值pij，pij即為風(fēng)速vi對(duì)應(yīng)的功率數(shù)據(jù)點(diǎn)pi的一系列樣本，可采用最大似然估計(jì)法求得pij的期望值ui作為pi的估計(jì)值.具體計(jì)算過(guò)程為

似然函數(shù)

式中：i為風(fēng)速分段點(diǎn)；Ni為第i個(gè)風(fēng)速點(diǎn)對(duì)應(yīng)的功率個(gè)數(shù)；pij為對(duì)應(yīng)vi的第j個(gè)功率值.

求得風(fēng)速-功率數(shù)據(jù)對(duì)（vi，ui）如表3所示，即可擬合得到風(fēng)速-功率曲線.

本文對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分別進(jìn)行了二次、七次多項(xiàng)式擬合，所得曲線如圖7所示.

2.4實(shí)測(cè)風(fēng)速功率擬合曲線的準(zhǔn)確性檢驗(yàn)

為了驗(yàn)證利用實(shí)測(cè)風(fēng)速-功率擬合曲線計(jì)算和預(yù)測(cè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電量的準(zhǔn)確性，通過(guò)實(shí)驗(yàn)隨機(jī)測(cè)得4 d的風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電量，然后根據(jù)氣象數(shù)據(jù)計(jì)算出理論曲線日發(fā)電量和實(shí)測(cè)擬合曲線日發(fā)電量.通過(guò)對(duì)比分別計(jì)算出實(shí)測(cè)擬合曲線日發(fā)電量﹑理論曲線日發(fā)電量與風(fēng)機(jī)實(shí)際日發(fā)電量的誤差，結(jié)果表明：實(shí)測(cè)擬合曲線日發(fā)電量誤差更小.表4給出了風(fēng)力發(fā)電機(jī)日發(fā)電量對(duì)比結(jié)果.

從表4分析可知：實(shí)測(cè)擬合曲線計(jì)算的風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電量普遍低于風(fēng)力發(fā)電機(jī)實(shí)際日發(fā)電量；理論曲線計(jì)算的風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電量普遍高于風(fēng)力發(fā)電機(jī)實(shí)際日發(fā)電量.但是通過(guò)對(duì)比兩者誤差可以得出，實(shí)測(cè)擬合曲線與實(shí)際日發(fā)電量的誤差明顯小于理論曲線與實(shí)際日發(fā)電量的誤差.

3結(jié)論

本文利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的最大似然估計(jì)法對(duì)實(shí)測(cè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)速-功率數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，并以此為基礎(chǔ)，對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行多次曲線擬合.結(jié)果表明：七次多項(xiàng)式曲線擬合結(jié)果最逼近建模數(shù)據(jù)點(diǎn)，是理想的實(shí)測(cè)功率擬合曲線.而二次多項(xiàng)式曲線擬合結(jié)果更便于實(shí)際計(jì)算與預(yù)測(cè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電量，且較好地反映了動(dòng)態(tài)過(guò)程中風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)速與功率之間的關(guān)系.

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摘要： 通過(guò)對(duì)離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)及氣象情況的監(jiān)測(cè)，繪制了風(fēng)速-功率散點(diǎn)圖.利用最大似然估計(jì)法對(duì)風(fēng)機(jī)輸出功率曲線進(jìn)行擬合，結(jié)果表明：七次多項(xiàng)式擬合結(jié)果最逼近實(shí)際工況；二次多項(xiàng)式擬合曲線精度稍差，但表達(dá)式簡(jiǎn)單明了，可快速預(yù)測(cè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電量.此外，通過(guò)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電量的實(shí)際值、理論功率曲線預(yù)測(cè)值以及利用最大似然估計(jì)法擬合得到的功率曲線的預(yù)測(cè)值的對(duì)比，結(jié)果表明：風(fēng)力發(fā)電機(jī)生產(chǎn)廠商提供的曲線只能反映其穩(wěn)態(tài)的風(fēng)速-功率關(guān)系，用來(lái)預(yù)測(cè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電量還存在較大誤差；利用最大似然估計(jì)法擬合得到的功率曲線預(yù)測(cè)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電量誤差明顯偏小.

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電機(jī)； 功率特性； 最大似然估計(jì)法

中圖分類號(hào)： TK 82文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)速-功率曲線描述了風(fēng)速與風(fēng)力機(jī)輸出功率之間的關(guān)系.根據(jù)風(fēng)速-功率曲線，不僅能夠判定風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出性能的優(yōu)劣，而且可以檢測(cè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀況是否正常，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在問(wèn)題，因此風(fēng)速-功率曲線在風(fēng)電輸出功率預(yù)測(cè)方面有著廣泛的應(yīng)用[1-3].

風(fēng)速-功率曲線包括理論功率曲線和實(shí)測(cè)功率曲線.風(fēng)力發(fā)電機(jī)生產(chǎn)廠商往往給出理論功率曲線，而理論功率曲線是在理想條件下測(cè)定的，沒(méi)有考慮風(fēng)的湍流特性和風(fēng)機(jī)安裝地的實(shí)際情況，不能準(zhǔn)確地反映風(fēng)速與功率間的實(shí)際對(duì)應(yīng)關(guān)系.按照IEC61400標(biāo)準(zhǔn)，功率曲線應(yīng)通過(guò)實(shí)測(cè)方式得到.本文對(duì)離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)速、輸出功率進(jìn)行了實(shí)際測(cè)量，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，得到實(shí)測(cè)風(fēng)速-功率擬合曲線，為功率的預(yù)測(cè)提供依據(jù).

1實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計(jì)

1.1硬件設(shè)計(jì)

風(fēng)力發(fā)電機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件主要由被監(jiān)測(cè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)﹑風(fēng)能控制器﹑蓄電池﹑加熱器﹑逆變器﹑風(fēng)速風(fēng)向傳感器﹑電壓電流傳感器﹑西門子PLC-200﹑上位機(jī)等構(gòu)成[4-5].圖1為風(fēng)力發(fā)電監(jiān)測(cè)原理圖，圖2為風(fēng)力發(fā)電機(jī)主體測(cè)試現(xiàn)場(chǎng).

1.2軟件平臺(tái)的設(shè)計(jì)

軟件平臺(tái)的設(shè)計(jì)主要是為了實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)現(xiàn)場(chǎng)氣象數(shù)據(jù)和風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出功率的采集.該平臺(tái)利用LabVIEW軟件進(jìn)行開發(fā)[6]，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主界面如圖3所示，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)程序如圖4所示，每隔3 s對(duì)風(fēng)速及風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出電流、電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行一次采集.

2數(shù)據(jù)處理與分析

2.1風(fēng)力發(fā)電機(jī)參數(shù)與當(dāng)?shù)仫L(fēng)速分布情況

被監(jiān)測(cè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)參數(shù)如表1所示，表2為江蘇鎮(zhèn)江市區(qū)各月平均風(fēng)速表.

由圖5、圖6比較可知，實(shí)際運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)并不是完全按照廠家給定的風(fēng)速-功率理論曲線運(yùn)行的，而是運(yùn)行在一個(gè)很寬的區(qū)域內(nèi).考慮到實(shí)際天氣情況及運(yùn)行狀況，由于各個(gè)時(shí)刻風(fēng)力發(fā)

電機(jī)所處的風(fēng)向﹑大氣條件﹑風(fēng)速變化情況等不同，即使風(fēng)速相同，對(duì)應(yīng)的功率也可能相差很大.因此，根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)建立數(shù)學(xué)模型，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率進(jìn)行預(yù)測(cè)，可減小實(shí)驗(yàn)方法帶來(lái)的一些誤差，從而獲得較為準(zhǔn)確的實(shí)測(cè)風(fēng)速-功率擬合曲線.

2.3實(shí)測(cè)風(fēng)速功率擬合曲線

為了得到同一風(fēng)速下的一系列功率數(shù)據(jù)，引入了最大似然估計(jì)法，對(duì)同一風(fēng)速下的實(shí)測(cè)功率采用求數(shù)學(xué)期望的方法.當(dāng)數(shù)據(jù)足夠多、實(shí)驗(yàn)次數(shù)也足夠多時(shí)，同一風(fēng)速對(duì)應(yīng)的各功率數(shù)據(jù)點(diǎn)可以認(rèn)為服從正態(tài)分布.利用最大似然估計(jì)法可以很方便地計(jì)算出其期望值.例如，某一風(fēng)速vi對(duì)應(yīng)一系列功率值pij，pij即為風(fēng)速vi對(duì)應(yīng)的功率數(shù)據(jù)點(diǎn)pi的一系列樣本，可采用最大似然估計(jì)法求得pij的期望值ui作為pi的估計(jì)值.具體計(jì)算過(guò)程為

似然函數(shù)

式中：i為風(fēng)速分段點(diǎn)；Ni為第i個(gè)風(fēng)速點(diǎn)對(duì)應(yīng)的功率個(gè)數(shù)；pij為對(duì)應(yīng)vi的第j個(gè)功率值.

求得風(fēng)速-功率數(shù)據(jù)對(duì)（vi，ui）如表3所示，即可擬合得到風(fēng)速-功率曲線.

本文對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分別進(jìn)行了二次、七次多項(xiàng)式擬合，所得曲線如圖7所示.

2.4實(shí)測(cè)風(fēng)速功率擬合曲線的準(zhǔn)確性檢驗(yàn)

為了驗(yàn)證利用實(shí)測(cè)風(fēng)速-功率擬合曲線計(jì)算和預(yù)測(cè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電量的準(zhǔn)確性，通過(guò)實(shí)驗(yàn)隨機(jī)測(cè)得4 d的風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電量，然后根據(jù)氣象數(shù)據(jù)計(jì)算出理論曲線日發(fā)電量和實(shí)測(cè)擬合曲線日發(fā)電量.通過(guò)對(duì)比分別計(jì)算出實(shí)測(cè)擬合曲線日發(fā)電量﹑理論曲線日發(fā)電量與風(fēng)機(jī)實(shí)際日發(fā)電量的誤差，結(jié)果表明：實(shí)測(cè)擬合曲線日發(fā)電量誤差更小.表4給出了風(fēng)力發(fā)電機(jī)日發(fā)電量對(duì)比結(jié)果.

從表4分析可知：實(shí)測(cè)擬合曲線計(jì)算的風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電量普遍低于風(fēng)力發(fā)電機(jī)實(shí)際日發(fā)電量；理論曲線計(jì)算的風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電量普遍高于風(fēng)力發(fā)電機(jī)實(shí)際日發(fā)電量.但是通過(guò)對(duì)比兩者誤差可以得出，實(shí)測(cè)擬合曲線與實(shí)際日發(fā)電量的誤差明顯小于理論曲線與實(shí)際日發(fā)電量的誤差.

3結(jié)論

本文利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的最大似然估計(jì)法對(duì)實(shí)測(cè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)速-功率數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，并以此為基礎(chǔ)，對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行多次曲線擬合.結(jié)果表明：七次多項(xiàng)式曲線擬合結(jié)果最逼近建模數(shù)據(jù)點(diǎn)，是理想的實(shí)測(cè)功率擬合曲線.而二次多項(xiàng)式曲線擬合結(jié)果更便于實(shí)際計(jì)算與預(yù)測(cè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電量，且較好地反映了動(dòng)態(tài)過(guò)程中風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)速與功率之間的關(guān)系.

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