Wind farms can be regarded as complex systems that are, on the one hand, coupled to the nonlinear, stochastic characteristics of weather and, on the other hand, strongly influenced by supervisory control mechanisms. One crucial problem in this context today is the predictability of wind energy as an intermittent renewable resource with additional non-stationary nature. In this context, we analyze the power time series measured in an offshore wind farm for a total period of one year with a time resolution of 10 min. Applying detrended fluctuation analysis, we characterize the autocorrelation of power time series and find a Hurst exponent in the persistent regime with cross-over behavior. To enrich the modeling perspective of complex large wind energy systems, we develop a stochastic reduced-form model ofpower time series. The observed transitions between two dominating power generation phases are reflected by a bistable deterministic component, while correlated stochastic fluctuations account for the identified persistence. The model succeeds to qualitatively reproduce several empirical characteristics such as the autocorrelation function and the bimodal probability density function.


翻译:风力农场可被视为复杂的系统,一方面与天气的非线性、随机性特点相结合,另一方面又受到监管控制机制的强烈影响。今天,这方面的一个关键问题是风能作为间歇性可再生资源具有可预测性,并具有额外的非静止性质。在这方面,我们分析离岸风力农场测量的总共一年的电时数序列,其时间分辨率为10分钟。应用分解波动波动分析,我们描述动力时间序列的自动关系,在持久性系统中发现一个超常现象与交叉行为。为了丰富复杂的大型风能系统的模型视角,我们开发了一个节能缩放式时间序列模型。观察到的两个支配性发电阶段之间的转变通过一个可分化的确定性成分反映出来反映,而与所查明的持久性相关的透析性波动账户。该模型成功地从质量上复制了几个经验性特征,如自动关系函数和双差概率密度功能。

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