Том 332 № 5 (2021)

DOI https://doi.org/10.18799/24131830/2021/5/3184

МОДЕЛЬ СКОРОСТИ ВЕТРА НА ОСНОВЕ ДРОБНОГО СТОХАСТИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

Актуальной проблемой развития и повышения конкурентоспособности нефтегазовой отрасли является решение задачи надежного и эффективного электроснабжения технологических объектов новых месторождений и магистральных нефтегазопроводов, территориально удаленных от центральной электрической сети. Одним из эффективных способов решения данной проблемы является применение ветроэнергетических установок. Первоочередной задачей проектирования и технико-экономического обоснования применения ветроэнергетических установок является прогноз изменения скоростей ветра в месте установки электростанции. Стохастическая природа ветра и его большая изменчивость во времени и пространстве определяют высокую сложность данной задачи, для решения которой используют методы математического моделирования. Известные модели скорости ветра на основе цепей Маркова, авторегрессии и скользящего среднего не позволяют осуществлять варьирование шага моделирования, что ограничивает возможность их применения для имитационного моделирования режимов ветроэнергетических установок и энергетических систем на их основе. В статье предложена модель скорости ветра на основе стохастического дифференциального уравнения, устраняющая данный недостаток. Цель: разработка модели скорости ветра на основе стохастического дифференциального уравнения дробного процесса Орнштейна–Уленбека c периодической функцией среднего значения, обеспечивающей моделирование статических и динамических режимов работы ветроэнергетической установки на различных временных интервалах. Методы: математическое и компьютерное моделирование с использованием программной среды MatLab/Simulink. Результаты. Предложенная модель, в отличие от известных моделей подобного типа, воспроизводит как суточные, так и сезонные вариации скорости ветра, а также долговременную корреляционную зависимость моделируемого процесса, что позволяет осуществлять моделирование рабочих режимов ветроэнергетических установок на различных временных интервалах с требуемой дискретизацией. Валидация модели выполнена с использованием данных климатических наблюдений скорости ветра из электронного архива Всероссийского института гидрометеорологической информации. Адекватность модели подтверждена хорошей степенью соответствия моделируемых траекторий скорости ветра с данными фактических наблюдений, зарегистрированных на 518 метеостанциях, расположенных на территории России.

Ключевые слова:

Ветроэнергетика, моделирование скорости ветра, стохастические дифференциальные уравнения, дробное броуновское движение, временные ряды

Авторы:

Денис Юрьевич Давыдов

Сергей Геннадьевич Обухов

Скачать PDF