文 献 综 述

鉴于全球性的能源危机和化石燃料带来的环境污染问题，世界各国都在不遗余力地发展可再生能源发电技术。其中风力发电既不依赖外部能源，也没有碳排放等环境成本，技术也很成熟，成为可再生能源发电技术中发展最快和最为成熟的一种，已具备大规模商业开发的技术和经济条件。许多国家把发展风力发电作为改善能源结构、减少环境污染和保护生态环境的一种措施，纳入国家发展规划^[1]。从2000年到2008年，全世界的风力发电装机年增长量都在20% 以上，其在电网中所占的比例不断提高。2003年，中国风力发电累计总装机容量为567 MW，而到了2008年已达到了12210 MW^[2]。

风力发电有众多优点，人们总是希望尽可能多的利用风电。当风电并网时，必须要考虑风电穿透功率极限问题。风电穿透功率（Wind Power Penetration）是指风电功率占系统总发电功率的比例。中国电力科学研究院在这方面进行了大量的研究工作^[3,4]，指出在风电穿透功率不超过8% 时，我国电网一般情况下不会出现较大的技术问题。但是随着风力发电的迅猛发展，当风电穿透功率超过一定值之后，可能会严重影响电能质量和电力系统的运行，并且可能会危及常规发电方式，主要表现在电压和频率会有较大幅度的波动。更严重的是，当风电机组由于风速过大而退出运行时，可能会给电力系统造成难以承受的冲击^[5]。

如果我们能够对风电场的风速或风力发电功率做出比较准确的预测，不仅能够缓解风电对电网造成的影响，而且能帮助电力系统合理调配资源，充分发挥风电场的作用^[6]。欧洲国家、美国等风电产业发展较早，很多国家都开发出了专门的风电功率预报系统。因此，国外的学者主要侧重于对风力发电系统的研究^[7]。由于这些预测系统多采用基于数值天气预报的物理方法和统计方法，预测长度可达到72小时，但是相应的预测成本也比较高。我国对风电功率预测系统的研究才刚刚起步，目前研究焦点多集中在风速短期预测方法上。就目前来看，关于风电场风速预测的研究还达不到令人满意的程度，风速预测的精度还有待提高。

风速预测是在充分考虑到各种随机影响因素的情况下，分析处理过去风速数据并预测未来风速趋势的一套系统的数学方法。风速预测的主要目的是在满足一定精度要求下，确定未来某特定时刻或某特定时段的平均风速值。利用平均风速值即可较为合理地估算特定时刻或时段的风能。风速预测按其周期范围短期、中期、长期预测，短期风速预测是指对未来1 h、0.5 h甚至10 min周期的平均风速的预测，中期和长期风速预测则是指对更长周期的平均风速进行预测。除此之外还有超短期预测，一般建立在以秒为单位的数据基础上，超短期预测一般用于电网的质量评估^[8,9]。

目前，存在一些风速预测的方法，这些方法从大的方面可以分为两种：

（1）物理模型法：这种方法中不仅用到了历史数据，而且考虑了气象和地表情况，以及风力发电机的性能（机舱高度、出力曲线、穿透功率等），但主要依据是来自气象模型，这种模型要想获得准确的短期预测，必须要用更长的时间来对其进行校正，因此不适用于短期预测。

（2）时间序列模型法：这种方法基于最小均方差和统计理论，仅利用历史风速数据进行建模分析，它基于历史数据和现在数据建立的模型推断将来的数据，这种方法易于建模并能够进行及时地预测，但预测的精度相对下降。

现在国内外关于风电场风速和功率预测的理论研究，大多采用时间序列模型法，具体又可以分为以下几种：

（1）持续预测法：最简单的预测方法，即把最近一点的风速或功率观测值作为下一点的预测值，该方法适用于3 #8211; 6 h以下的预测。该模型的预测误差较大，且预测结果不稳定。现在的预测技术一般都把持续预测法作为比较基准，来评价该技术的精确度。