Publication:
Modeling wind speed based on fractional ornstein-uhlenbeck process

Research Projects

Organizational Units

Item type:Organizational Unit,
Кафедра «Электрооборудование и автоматизация технологических процессов» (ЭиАТП)
Кафедра является основным учебно-научным структурным подразделением Северского технологического института – филиала федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего образования «Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» (далее – СТИ НИЯУ МИФИ), обеспечивающим проведение учебной, методической, научно-исследовательской, инновационной и воспитательной работы, в том числе с инвалидами и лицами с ограниченными возможностями здоровья, а также подготовку научно-педагогических кадров и повышение их квалификации. По характеру участия в процессе подготовки и выпуска специалистов кафедра ЭиАТП является выпускающей кафедрой. Кафедра ЭиАТП отвечает за подготовку обучающихся по одной или нескольким образовательным программам, реализуемым в СТИ НИЯУ МИФИ, ведет учебную и методическую работу, обеспечивает руководство курсовыми и дипломными работами, организует проведение всех видов практик и государственной итоговой аттестации.

Journal Issue

Abstract

The primary task of the design and feasibility study for the use of wind power plants is to predict changes in wind speeds at the site of power system installation. The stochastic nature of the wind and spatio-temporal variability explains the high complexity of this problem, associated with finding the best mathematical modeling which satisfies the best solution for this problem. In the known discrete models based on Markov chains, the autoregressive-moving average does not allow variance in the time step, which does not allow their use for simulation of operating modes of wind turbines and wind energy systems. The article proposes and tests a SDE-based model for generating synthetic wind speed data using the stochastic differential equation of the fractional Ornstein-Uhlenbeck process with periodic function of long-run mean. The model allows generating wind speed trajectories with a given autocorrelation, required statistical distribution and provides the incorporation of daily and seasonal variations. Compared to the standard Ornstein-Uhlenbeck process driven by ordinary Brownian motion, the fractional model used in this study allows one to generate synthetic wind speed trajectories which autocorrelation function decays according to a power law that more closely matches the hourly autocorrelation of actual data. In order to demonstrate the capabilities of this model, a number of simulations were carried out using model parameters estimated from actual observation data of wind speed collected at 518 weather stations located throughout Russia.

Description

Keywords

wind energy, wind speed model, stochastic differential equations, fractional Brownian motion, time-series modeling

Citation

Modeling wind speed based on fractional ornstein-uhlenbeck process / S. Obukhov, A. E. Ibrahim, D. Y. Davydov [et al.] // Energies. – 2021. – Vol.14. – No.17. – p. 5561 [15 p.]. – DOI: 10.3390/en14175561, EDN: GHKLTO

Endorsement

Review

Supplemented By

Referenced By