利用統計學解決風電場運行優化問題論文
風能是一種最具活力的可再生能源，風力發電是風能最主要的應用形式。我國某風電場已先后進行了一、二期建設，現有風機124臺，總裝機容量約20萬千瓦。以此為背景提出了三個問題，本文運用Excel軟件等方法成功解決了這三個問題，通過所給數據對該風電場的風能資源及其利用情況進行評估，判斷新型號風機是否比現有風機更為適合，并制定維修人員的排班方案與風機維護計劃，使各組維修人員的工作任務相對均衡，且風電場具有較好的經濟效益。 最后，對所建立的模型和求解方法的優缺點給出了客觀的評價，并指出了改進的方法。
一、問題分析
1.1 問題一分析
題目要求通過利用附件1給出該風電場一年內每隔15分鐘的各風機安裝處的平均風速和風電場日實際輸出功率的數據對該風電場的風能資源及其利用情況進行評估，這就要求我們能得出一年基本情況，就要通過附件一給出的每天每 15分鐘的平均功率、平均風速，運用求平均值公式得出每天平均每15分鐘的功率、風速。進一步運算得到每月平均每15分鐘的功率、風速，進一步通過圖表曲線進行分析得結論。
1.2 問題二分析
題目要求從附件2給出了該風電場幾個典型風機所在處的風速信息，其中4#、16#、24#風機屬于一期工程，33#、49#、57#風機屬于二期工程，它們的主要參數見附件3。風機生產企業還提供了部分新型號風機。我們可以從表中歸納、總結、計算得出日平均風速、月平均風速，畫出各風機所在處風速變化趨勢，發現平均風速均沒有超出額定風速且已經達到切入風速。通過公式可以計算出各種機型在同樣的風速下它的實際功率，然后進行比較，從而判斷新型號風機是否比現有風機更為適合。
1.3 問題三分析
題目要求為安全生產需要，風機每年需進行兩次停機維護，兩次維護之間的連續工作時間不超過270天，每次維護需一組維修人員連續工作2天。同時風電場每天需有一組維修人員值班以應對突發情況。風電場現有4組維修人員可從事值班或維護工作，每組維修人員連續工作時間（值班或維護）不超過6天。請制定維修人員的排班方案與風機維護計劃，使各組維修人員的工作任務相對均衡，且風電場具有較好的經濟效益，試給出合理的方法和結果。
二、模型建立和解決
2.1 問題一的模型
2.1.1 模型的準備
月平均每15分鐘的功率、風速確定 根據題目的意思，通過附件一給出的每天每15分鐘的平均功率、平均風速，運用求平均值公式得出了每天平均每15分鐘的功率、風速。進一步運算得到了每月平均每15分鐘的功率、風速。
此情況下，我們假定風力機的掃掠面積為固定值s，空氣密度為標準P=1.293kg/m3，（在觀察風速與實際功率關系時，應遵循自然原則：當風速越大時，功率也應該更大。若不符合，則利用率較低;反之較高。）
2.1.2 模型的建立
我們可以明顯的知道全年的各月平均風速起伏波動不大，相對比較穩定。
�。ㄆ渲酗L能利用率分析如下：在風速變化的同時，實際功率也跟著變化，風速增加，功率變大;風速減小，功率也隨之變小。只是在夏季和和秋季利用率比春季和冬季同比下降）
2.2 問題二的模型
題意是試從風能資源與風機匹配角度判斷新型號風機是否比現有風機更為適合。所謂的匹配是機型在實際的環境中同樣的風速誰的實際輸出的功率更大。那么我們就可以先分別比較現有、新型號風機中優差機型，利用現有機型與新型機號做對比結果。那么就能從風能資源與風機匹配角度判斷新型號風機中是否有比現有風機更為適合的。
首先算出第一二期中每種型號月平均風速，4#、16#、24#屬于第一期機號，33#、49#、57#屬于第二期機號。制成表格并統計一二期風速在每月月均風速4—7.5（m/s）的頻率。我們可以從附件3中風電場風機型號及其參數知道，每種機型都達到了切入風速，而都沒達到額定風速（最佳風速），那么我們只需要看每期的風速在接近額定風速的比例。
通過對現有兩種機型的月均風速表知道兩種機型都達到了切入風速，都沒達到理想額定風速。再者對上表（第一二期風機型號在不同地點月平均風速）的分析與對比，可以從中發現在一期的4#、16#比24#風能資源更為豐富，在二期中49#、57#比33#風能資源更為豐富。
通過對上面的分析與對比、歸納總結以下結論：
在同樣風速下機型1比機型2輸出功率更為理想，所以機型1比機型2更適合，再者是新型機型型號3、4、5各機的對比，對比出最優匹配機型，根據功率公式
得出結論新型中3機型更匹配。新型機型中最優匹配是否比現有兩種機型都好再利用功率求解，新型機型與現有兩種機型做對比，選取出最佳匹配的兩種機型。（P1、P2、P3、P4、P5、分別表示第一期型號、第二期型號、新型型號3、4、5）。
2.3 問題三的模型
有發電機124臺，每臺發電機需要一組人員連續工作兩天，每天需要一組人員值班，有四組工作人員，各組工作連續不超過6天，減少維修時間，增加經濟效益，每天至少需要兩組進行維修，一組進行值班，所以分配方案有以下幾種選出最合理地安排，輪流執行最合理的工作安排（表1）：
方案1：我們假設一天中一組值班工作其他組進行維護
方案一中休息時間規定在了一天中，無人值班看護風電場，所以此安排不合理;
方案二：我們假設一天中一組值班，一組休息，兩組維修且維修為兩天
通過分析與對比，可以從中發現，安排圖7更為合適，使每組工作人員工作時間都沒有超過6天，都有維護風機、值班與休息的時間。
三、模型評價及改進
3.1 模型評價
問題一通過大量數據建立分析表，主要分析全年風速走向圖以及風機輸出功率走向圖得出結論。該模型運用了大量的實測數據，結論可信度較高，說服力較強。問題二在運用了大量數據之后，分析出現有機型中的風機優劣，通過公式計算出新型機型中風機的優劣，進行對比與分析之后得出結論。問題三在通過問題一得出的表中分析出最佳的維修時間，人員安排是通過排除多種安排方式得出最佳安排方式。
3.2 模型改進
因為處理了大量的數據，造成數據精確度降低。問題一中我們取的是平均值造成得出的結論準確度與實際的結論有所偏差，在現實生活中，因該在每月中取大量的真實數據進行繪圖，這樣得出結論準確度會更高。問題二中由于運用了理想的功率公式（P=P*V3*S2），其中的參數v風速、s扇葉掃過的面積。在不同的地方不同發電機中有所不同，所以求出的結果準確度有所下降，在現實生活中應該取準確的數字進行計算。問題三中由于借鑒了問題一中的表，所以精確度有所下降，在人員安排方面進行了合理的安排，不管是在假設中都可以運用此方法。
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