风力发电机是将风能转化为电能的装置，所以其能量的来源就是自然风。自 然风本质上说产生原因是因为太阳照射而导致地表受热不均匀，热胀冷缩而产生 压差，这种压差推动空气流动进而产生了风。太阳周而复始、年复一年的照射着 地球，其过去的历史和未来的寿命在时间尺度上远远大于人类文明存在的时间， 所以可以认为太阳能取之不竭，而风能亦然。 

要建立风力发电机模拟仿真平台，那么作为能量输入的风必不可少。一方面， 我们可以实地测量实际风速，得到实际的风速曲线，输入模拟系统得到风电机组 的运作模拟；另一方面，限于条件并不能总是得到实地测量的机会，但是模拟分 析工作仍然要继续进行。这个时候就需要一个自然风速的模型，它在一定程度上 反映了自然风速的变化规律，也能够根据需要模拟合成出具有不同特点的风速曲 线。这样就能够弥补在不能够获取真实风速的情况下进行风电机组模拟的需要。 文献综述

2.1 自然风速

前文已经简要阐述了自然风的形成机理，然而真正影响风速的物理过程要复 杂的多。就我们可以列举而言，能够影响风速的物理条件至少包括大气温度分布、 空气密度分布、空气粘性、地表地形复杂度与粗糙度、季节气候的周期性变化、 月球运动导致的引力场变化等等。而且有理由相信，影响风速的因素还远不止这 些。简而言之，自然风速是一个混沌系统。蝴蝶效应指出，在东半球一只蝴蝶煽 动翅膀，就可能会导致西半球一场风暴。尽管该效应并不是真的在阐述风速的规 律，但仍可以得出结论，从物理过程形成机理上分析计算自然风速是不可能的。 

然而我们也并不是对自然风速无能为力。Van der Hoven[20]在其对风速功 率谱分布的研究中指出，自然风速功率谱分布存在两个波峰，分别对应着宏观和 微观两种尺度的紊流。这说明尽管形成机理极为复杂，但是自然风速还是表现出 了一定的规律性，这也正是本文模拟自然风速的基本思想，即并不从原理上解释 自然风速的变化，而是根据自然风速变化所遵循的规律，得到与其相似的变化曲 线，称之为模拟风速。这样一来，尽管仍不能解释自然风速的数值，但是有理由 相信和自然风速共有相同特征的模拟风速，在一定程度上是与自然风速相似的。

在无法得到真实风速的情况下，自然可以利用这样的模拟风速来替代自然风速。 

接下来介绍两种常用的风速模型，分别是组合风速模型与风轮等效风速模型， 他们所基于的特征并不相同，这也导致了它们各有千秋，分别适用于不同的场合。 

2.2 组合风速模型来!自~751论-文|网www.751com.cn

组合风速模型是一种较为简单的风速模型。它将自然风速中四种常见的变化 趋势抽象出来，因而将自然风速分解为四个分量：基本风、阵风、渐变风和随机 风。这种分解方式简单易懂，也符合人们的直觉。现将其一一介绍如下。 

2.2.1 基本风

基本风速是在风机运行过程中一直存在的，反应了风电场的平均风速的变化。 一般认为基本风速是不随时间变化的