云南风能可开发地区风速的韦布尔分布参数及风能特征值研究.doc

第 19 卷　第 3 期 太　阳　能　学　报  V o l 1 19, N o 13 1998 年 7 月 　　　　　　　　 A C TA EN ER G IA E SOLA R IS S IN ICA 　　　　　　　 　 　 J u ly, 1998  云南风能可开发地区风速的韦布尔 分布参数及风能特征值研究 李自应 ( 云南师范大学太阳能研究所, 昆明 650092) 陈二永 ( 云南师范大学太阳能研究所, 昆明 650092) 王　明 ( 云南省气象局, 昆明 650034) 顾本文 ( 云南省气象局, 昆明 650034)  文　摘: 选用 V 和 V m ax 估计云南的韦布尔分布参数。 计算分析云南风能可利用地区的风能特征值 W 、W e、t, 有几个站还直接用自记风速资料计算其风能特征值。 关键词: 云南, 风能, 韦布尔分布参数, 风能特征值 0　引　言 评估一个地区风能资源大小及可利用程度最重要的风能特征值是平均风能密度、平均有 效风能密度、风能可利用时间这三个参数。 风速分布一般为正偏态分布, 用于拟合风速分布的 模型很多, 而在风能计算中用得最广泛的是两参数韦布尔分布, 而利用风速的韦布尔双参数可 以计算风能资源的有关参数。 韦布尔分布参数可根据风速统计资料的不同情况选择不同的方法来估计, 而在全国各地 普遍适用的方法至今还没有。 风能密度还与空气密度有关, 由于云南地形复杂, 各地的气压、温度、绝对湿度均有一定差 异, 因此云南各地年、季平均空气密度的差异也大, 对风能密度影响必须考虑。 风能特征值还可直接用自记风速资料来计算, 但云南有自记风速资料的站较少, 且资料的 年代也短, 因此本文对云南风能可开发利用地区风能资源的计算以估算为主。 1　韦布尔分布参数的估计 111　风速概率分布 风速分布一般为正偏态分布。用于拟合风速分布的模型很多[ 1 ] , 其中韦布尔双参数分布被 普遍认为适于对风速作统计描述, 风速 V 的韦布尔分布概率密度函数可表达为 f (V ) = k (V ) k - 1 exp [ - (V ) k ] (1) 　　 C C C α 本课题为云南省应用基础研究基金资助项目 本文 1997211218 收到 　3 期　　　　　李自应等: 云南风能可开发地区风速的韦布尔分布参数及风能特征值研究  249  式中, k 为形状参数, 是一个无因次量; C 为 R 度参数, 其量纲与速度相同。 与上式等价的风速 V 的累积概率分布函数为 V F (V ) = f (V ) dV = 1 - exp [ - (V ) k ] (2) 　　 C O 韦布尔分布的数学期望 m v 方差 Ρ 分别为 m v = C # (1+ 1/k ) Ρ2 2 2  式中, # 为伽玛函数。 v = C {# (1+ 2/k ) - [ # (1+ 1/k ) ] } 1.2　韦布尔分布参数估计方法的选择 根据云南风速统计资料的不同情况选择了三种韦布尔分布参数的估计方法[ 1 ]: (A ) 用平均速度 V 和标准差 S v 估计韦布尔分布参数 根据韦布尔分布的均值和方差近似关系式  K = ( Ρ Λ  - 1. O86 　　C = Λ # (1+ 1/k ) 　　以平均值 V 估计 Λ, 以样本标准差 S v 估计 Ρ。 (B ) 用平均风速和最大风速估计韦布尔分布参数 根据 T 时间内观测到的 1Om in 最大风速值和平均风速值, 通过下式近似地估计 k = ln ( ln T ) /ln (O. 9OV m ax /V ) , C = V /# (1+ 1/k ) (C ) 根据 k 随 V 的变化趋势估计韦布尔分布参数 形状参数 k 有随V 改变的趋势。当风速变率 S v /V 取平均、高 (9O? ) 和低 (1O? ) 等不同数 值时, k 与 V 的关系可表达成:  k = C 值仍用 V /# (1+ 1/k ) 估计。 1.O5V 1/2 　　变率取低值 O. 94V 1/2 　　变率取平均值 O. 83V 1/2 　　变率取高值 用 (A ) 方法计算得出的 k 值较大, 云南绝大部分站的 k 值偏大, 均大于 1O, 因此 (A ) 方法 不适合在云南估计 k 值。 用 (B ) 和 (C ) 方法计算云南各地的 k 值, 差异不大, 但 (C ) 方法中的风 速所取高 (9O% ) 和低 (1O% ) 等不同数值时的标准, 一是难于掌握, 二是这些标准不一定能代表 处在