ARMA适用于风机动态分析的脉动风速模拟(2)
1.1 研究背景
由于全球常规能源日益陷入紧张，加快利用可再生能源发电被日渐提上日程，而且可再生能源发电拥有着显而易见的环境效益和社会效益。相比于传统能源风能取之不竭，分布广泛且可以再生，所以风力发电成为了可在生能源发电的主力军。但是因为其随机性和波动性的特点，所以在历史上很长的一段时间里，风力发电的规模一直不能扩大，而现代社会对于能源的需求巨大，同时效率的问题也必须得到解决，所以我们需要一套系统的理论去对风能做出研究与解释，使得无论是在风电场的前期评估，实验室实验分析，还是风电场实际运行当中都能应对风速的实际变化，并做出相应的应对措施，达到大规模高效地去利用风能的目的。
1.2 风速模型建立的意义
为了更好地研究风力发电以及更好地利用风能，我们建立了风力发电模拟系统，在整个风力发电模拟系统中，包含了对于风速的模拟，而且对于风速的模拟以及检测风速能否较真实地去反映实际的风速情况，这一环节直接影响到整个风力机发电系统的性能，所以对于风速的模拟是风力发电模拟系统中很重要的一环。
首先，最基本的要求是，我们所建立的风速模型需要符合自然风规律性和随机性共存的特点，这样才能客观实际地去进行下一步的工作。
其次，由于对于风能的研究包含各种的场合，比如对于实验室的具体研究，就要求所产生的风速波形具有一定的针对性，可以适用于各种具体的模拟并得出具有针对性的结果。而在风电场建立的前期评估工作中，由于空间位置不同，风速的分布也有所不同，我们则希望风速模型具有一定的适应性或者简化性，符合一定的统计学规律，可以用于之后的评估。
更重要的是，通过对风速的研究，我们希望得到一系列的理论，使得对于实际风速的动态特性的刻画越来也符合自然风特性。
1.3 风速研究现状
2 风速模型
2.1 风速模型
风速的作用可以看做由平均风和脉动风同时作用的两个部分组成。
平均风在一定的时间间隔内可以视作为常数，而脉动风（湍流风）则被视作为一个高斯过程，即风速可以用如下表述方式：
（1）
2.2 平均风速
自然界的风速具有间歇性，随机性和波动性的特点，在实际测量、记录并对风速情况进行存储时，因考虑到仪器的反应时间、测量精度及设备存储容量等的限制，通常通过采用给定时段内所有瞬时风速取平均值（简称平均风速），其中瞬时风速的精度由测风仪器的最短反应时间来确定，通常采用跨度小于3s的风速平均值作为瞬时风速。平均风速根据不同用途，它的时距通常从几秒到数年不等，所以可选择范围非常大。根据划分习惯，常用的平均风速的时距有10min平均风速、小时平均风速、日平均风速、月平均风速及年平均风速。时距越大，平均风速曲线与实时风速记录相比越粗糙，且误差越大。
2.3 湍流风速
湍流是流体的一种流动状态。流速较大的部分我们称之为湍流。湍流风速就是符合以上描述的风的流动状态，历来的观测结果表明,脉动（湍流）风速谱近似服从高斯分布。
在描述湍流风速的过程中，我们引入湍流强度和湍流积分尺度这两个物理量。它们也是仿真过程中具有重要意义的两个物理量。