适用于风能预报的模式输出统计预报方法研究

【摘要】：由于能源的短缺及环境污染的日益严重,可再生能源在世界能源结构中的比例急剧增加,其中风能被认为是当前世界上最有发展前景的新能源之一。近十几年来随着中国风力发电的快速发展,如何准确预报风速,如何解决风电并网和运行等成为风电研究中的重点和难点。针对基于数值天气预报的风速预报模式,研究提高风速预报精度和可靠性的算法具有重要的学术价值和工程实用价值。 本文利用实测数据对内蒙古某风电厂区域的风速特征进行了分析,并使用WRF模式对该电厂的风速进行了模拟并分析了其误差的特征,在此基础上提出了持续法和基于时间序列的超短期风速的订正预报方法——AR模型以及短期风速订正预报方法——NEW AR模型,并对订正结果进行了分析。其次,将所提出的三种模型应用于实际预报系统(北京快速循环更新系统,BJ-RUC)中进行了适用性检验,同时为了更好地满足业务要求,在已提出方法的基础上进行了探讨性改进,得到如下结论： 1、基于风电厂区域的风速分析,得到该区域的风速分布特征为：风速时间分布特征明显,风速的日变化特征显著,白天风速大夜间风速小且存在一定的季节性；月平均风速变化明显,冬春季风速大且波动明显,秋夏季风速较小且波动相对较弱；风速整体呈正偏态分布。 2、基于WRF模式模拟误差的分析,得到其模拟误差的相关特征有：各月的平均绝对误差(MAE)基本都在2m/s以上,均方根误差(RMSE)在3m/s左右,且其模拟风速的变化趋势与实际情况也存在一定的差异。模拟误差具有一定的时间分布特征且呈正态分布。通过对模拟误差的自相关系数分析发现,临近时次的自相关关系呈现出高度相关的特征,随着后延时间的增长,这种线性相关的关系则逐渐减弱。 3、基于WRF模式的误差特性,建立了自回归模型(AR模型)和持续法进行超短期风速的统计订正预报,预报结果表明该方法可以有效地提高WRF模式的模拟精度,其预报风速与实测风速非常一致,且MAE和RMSE减小了约50%,为超短期风速的预报提供了依据。在AR模型基础上,提出了一种多时效的预报方法—-NEW AR模型,其预报风速在前6小时相较于WRF模拟风速更接近于实测值,且MAE和RMSE减小了约30%,但是6小时后的改善效果并不理想,故延长长度存在一定的限制。 4、将所建立的模型应用于BJ-RUC中,发现持续法与AR模型改善效果同样显著,NEWAR模型在6小时内的预报风速相较于BJ-RUC的预报值更接近实测风速值,其MAE和RMSE在大多数月份减小了约30%,故认为NEW AR模型可进行6小时的订正预报。为了能进一步提高NEW AR模型的订正时效,对其进行了探讨性改进。 【关键词】：风速 WRF BJ-RUC AR NEW AR
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：P457.5
【目录】：

• 目录3-5
• 摘要5-7
• ABSTRACT7-9
• 第一章 绪论9-18
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 风速预报在风电中的重要性及难点10
• 1.3 风力发电中的风速预报方法10-16
• 1.3.1 统计预报方法11-12
• 1.3.2 数值预报方法12-14
• 1.3.3 统计—数值结合预报方法14-16
• 1.4 本论文的主要研究工作16-18
• 第二章 风电厂风速特征分析18-28
• 2.1 内蒙古风能特征18-19
• 2.2 资料19-20
• 2.2.1 实测资料19
• 2.2.2 质量控制19-20
• 2.3 风速的时间变化特征20-24
• 2.3.1 风速的月变化特征20-22
• 2.3.2 风速的日变化特征22-24
• 2.4 风速的的频率分布及WEIBULL分布特征24-26
• 2.4.1 风速的频率分布特征24-25
• 2.4.2 风速的Weibull分布特征25-26
• 2.5 小结26-28
• 第三章 WRF模式对风电厂区域风速模拟效果的分析28-47
• 3.1 WRF模式介绍28-30
• 3.2 资料说明30
• 3.3 模式方案设计30-31
• 3.4 模拟风速的效果分析31-36
• 3.4.1 误差评价指标32-33
• 3.4.2 效果分析33-36
• 3.5 误差的时间分布特征36-43
• 3.5.1 误差的日变化特征36-41
• 3.5.2 误差的时间尺度特征41-43
• 3.6 误差的概率分布及置信区间43-44
• 3.7 误差的自相关系数R(T)44-46
• 3.8 小结46-47
• 第四章 基于WRF模式的误差订正方法47-57
• 4.1 模式输出统计预报方法介绍47-49
• 4.2 预报效果分析49-56
• 4.2.1 持续法及AR模型的效果分析49-51
• 4.2.2 NEW AR模型的预报效果分析51-56
• 4.3 小结56-57
• 第五章 BJ-RUC误差分析及订正预报效果分析57-69
• 5.1 BJ-RUC模式介绍57-58
• 5.2 资料说明58
• 5.3 BJ-RUC模式误差分析58-59
• 5.4 持续法、AR模型预报效果分析59-60
• 5.5 NEW AR模型的预报效果分析60-67
• 5.6 NEW AR模型的进一步探讨67-68
• 5.7 小结68-69
• 第六章 结论和展望69-71
• 6.1 结论69-70
• 6.2 展望70-71
• 参考文献71-74
• 读研期间参加科研项目及发表论文情况74-75
• 致谢75

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

基于ELMAN神经网络的短期风速预测    孙斌;姚海涛;齐城龙;

长江中下游汛期降水优化多因子组合客观定量化预测研究    王启光;封国林;郑志海;支蓉;

风电功率预测技术综述    谷兴凯;范高锋;王晓蓉;赵海翔;戴慧珠;

基于RVM与ARMA误差校正的短期风速预测    孙国强;卫志农;翟玮星;

基于WRF模式和自适应偏最小二乘回归法的风能预报试验研究    程兴宏;陶树旺;魏磊;段玮;陈军明;江滢;

中国风能资源的详查和评估    

中尺度模式风电场风速短期预报能力研究    张宇;郭振海;林一骅;迟德中;

我国可再生能源发展现状及财税政策思路    李静毅;

三种方法在风速预测中的应用研究    韩爽;杨勇平;刘永前;

风能利用的现状及展望    张国伟;龚光彩;吴治;

能源消耗与经济增长关系的实证研究    肖涛

风电场风电功率短期预报技术研究    孙川永

风能资源数值模拟及其在中国风能资源评估中的应用研究    张德

一次暴雨过程的数值模拟和诊断分析    赖珍权;沈桐立;丁治英;

基于小波分析与神经网络的风电场短期风速预测    储茂得;周松林;

基于支持向量机的短期风速预测研究    王慧勤;

热带气旋活动对陕西2007年两次大暴雨影响的综合分析    侯建忠;许新田;张小玲;李明;段昌辉;

利用GPS技术遥感哈尔滨地区大气可降水量的分析    刘旭春;王艳秋;张正禄;

利用GPS遥感哈尔滨地区大气综合水汽含量    周国君;刘旭春;潘雄;

基于等效风速的风电场等值建模    严干贵;李鸿博;穆钢;崔杨;刘玉;

超级电容器储能系统在风电场中的应用研究    刘金龙;李国庆;王振浩;辛业春;

基于随机模拟粒子群算法的含风电场电力系统经济调度    江岳文;陈冲;温步瀛;

基于小波变换的短期风速预测综合模型    陈德生;李培强;李欣然;邓威;肖园园;刘乾勇;

光伏发电预测技术的应用    王增新;苏适;田沛;

online Clustering for Wind Speed Forecasting based on Combination of RBF Neural Network and Persistence Method    

基于相似日聚类的径向基神经网络风速预测方法    朱锋;周玮;孙辉;

基于时间序列法的风电场风速预测研究    邵璠;孙育河;梁岚珍;

主成分BP神经网络预测模型在风电场输出功率中的应用    杨晓亮;徐建源;林莘;

基于时序-支持向量机的风电场发电功率预测研究    栗然;柯拥勤;张孝乾;唐凡;

基于置信机的风电场风速预测误差补偿    董泽;纪国瑞;王东风;韩璞;徐大平;

基于归纳置信机的风电场风速容许区间预测    董泽;纪国瑞;王东风;韩璞;徐大平;

云南夏季切变线系统湿物理过程方案对比试验    段玮;晏红明;

科学的预报思维    李龙;

分布式电源的概率建模及其对电力系统的影响    王敏

中国风电产业融资问题研究    张伯松

非并网风电直供系统方案设计及控制策略研究    刘慧芳

风电场功率短期预测方法优化的研究    杨志凌

微网系统的运行优化与能量管理研究    张颖媛

永磁同步直驱型全功率风机变流器及其控制    汪令祥

沪宁高速公路低能见度浓雾特征及其数值模拟研究    严明良

山东半岛冷流降雪天气机理研究    张丰启

风电规律预测及对电网运行影响的研究    李智

铁路沿线风信号智能预测算法研究    刘辉

风电场动态无功补偿方案设计    冯凯辉

钒液流储能电池建模及其平抑风电波动研究    唐志伟

风电场输出功率预测方法的研究    杨晓亮

大型风电机组轮毂的有限元分析及结构优化    杨立东

基于MSC.Patran的风电机组塔架参数化有限元分析系统研究    白宁

基于人工神经网络的风电功率预测应用研究    杨世成

基于可信性理论含规模化风电的机组组合问题研究    孙翠英

风功率预测软件的开发及微网能量管理系统方案设计    黎远思

基于ARMA模型的风电机组风速预测研究    孙翰墨

考虑风电并网的短期负荷预测方法研究    李宇佳

上海市能源消耗与经济增长的协整分析    肖冬荣;江莹;赵靖;

小型风力发电机组行业现状及展望    李德孚

能源消费、经济增长与中国CO_2排放量变化——基于LMDI方法的分解分析    王俊松;贺灿飞;

工业部门绿色GDP核算研究——2000年上海市能源—环境—经济投入产出分析    王德发,阮大成,王海霞

中外经济学家对中国经济增长率的评论    许宪春

我国出口扩大与能源消耗的一项实证研究    兰宜生;宁学敏;

GIS的应用现状和未来发展    王宪玉,杨春红

GIS的应用与发展的探讨    宋建华,卢英君,祝秋丽

中国能源消耗、二氧化碳排放与经济可持续增长    胡玉莹;

能源消费结构与经济增长关联关系的灰色分析方法    谭艳妮;谭忠富;

0903号强热带风暴“莲花”数值预报检验    石顺吉;吴陈锋;陈德花;

中国“双轨制”利率传导机制及效应研究    古旻

ENSO集合预报研究    郑飞

风电场功率短期预测方法研究    韩爽

中国能源与经济之间关系的模型及实证分析    侯建朝

风电场风电功率短期预报技术研究    孙川永

上海能源消费与经济发展关系研究    刘旖芸

中国经济增长与能源消费内在关系研究    王火根

风电场短期产能预测研究    肖永山

考虑气象因素的风电场风速及风电功率短期预测研究    林海涛

浅谈旗(县)温度指导预报的检验与订正    成喜良;赵智云;陈平;郝艳霞;

基于天津局地小气候分区的精细化气温订正预报方法    吴振玲;张楠;徐姝;董昊;

跟踪补充订正预报的一种方法    肖书君;戴新刚;

重视短时订正预报在汛期服务中的作用    

从分析预报失败得到的启示    张国平

试论县站预报的发展方向    李诚明;

省台MOS指导预报产品在县站的应用效果检验    韩贵香

应用LAFS资料制作湖北省分区降水订正预报    李才媛 ,陈玫 ,刘国莲

“梅花”台风(1109号)路径追踪补充订正预报日志    李世万;范永兰;

用综合要素法作台风订正预报    顾轩,邹美恩

基于市局指导预报的区县台冬夏季短时气温预测业务评估及应用分析    顾品强;费蕾;

出现重大差异上海将订正预报    本报记者 蔡新华　实习记者 刘静

天津防汛抗旱拓展领域齐抓共进    王宇 白春妮

适用于风能预报的模式输出统计预报方法研究    余江