MCP: Zeitreihen

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Wählen Sie oben die Lokale Messzeitreihe und die Langzeit-Referenz aus:



In diesem Fall handelt es sich um eine 1-Jahres-Messung und 20 Jahre Langzeit-Referenz.

Die Liniengraifk links zeigt die beiden Zeitreihen, rechts wird die Richtungsverteilung und der Tagesgang ausgegeben. Beachten Sie, dass auf diesem Register die Daten nicht verändert werden, sondern lediglich die Art der grafischen Darstellung und der Berechnung der Korrelationskoeffizienten modifiziert wird. Ausnahmen sind die Schaltfläche Zeitraum begrenzen und die Anwendung eines Scaler für Referenzdaten (siehe unten).

Elemente unter der Zeitreihengrafik beziehen sich auf diese:

  • Korrelation (r), Windenergie: Pearson-Korrelationskoeffizient der Windindices der beiden Zeitreihen auf Basis der oben eingestellten Mittelung. Die Windindices werden auf Basis der auf dem Register Einstellungen Session gewählten Leistungskennlinie berechnet. Wurde nichts eingestellt, so wird eine vereinfachte Leistungskennlinie verwendet (siehe dort).
  • Korrelation (r), Windgeschw.: Pearson-Korrelationskoeffizient der Windgeschwindigkeiten der beiden Zeitreihen auf Basis der oben eingestellten Mittelung.

Diese Elemente über den beiden rechten Grafiken:

  • Anzahl Sektoren (Richtungsgrafik)
  • Auswahlknöpfe Alle Daten, Abgleichsz. und Referenz Kurz/Lang (Richtungsgrafik und Tagesgang)
  • Auswahlknöpfe Häufigkeit, WG, Energie (Richtungsgrafik)

Wird beispielsweise links nur der Abgleichszeitraum in wöchentlicher Mittelung dargestellt und rechts statt der Richtungshäufigkeit die Energie, ebenfalls nur für den Abgleichszeitraum, so ändern sich die Grafiken wie folgt:



Die wöchentliche Mittelung gibt einen etwas besseren Eindruck, wie gut die beiden Zeitreihen miteinander korrelieren. Beachten Sie, dass sich die Korrelation in der Regel mit größeren Mittelungszeiträumen verbessert. Die Richtungsgrafik erlaubt es, die Übereinstimmung der Richtungsverteilungen beider Zeitreihen zu beurteilen. Außerdem kann beurteilt werden, ob der Abgleichzeitraum eine übliche Verteilung hat oder nicht - mit der Einstellung Referenz Kurz/Lang stellt die Richtungsverteilung sich so dar:



Diese Darstellung lässt Rückschlüsse darauf zu, ob die Richtungsverteilung des Abgleichszeitraums Langzeit-repräsentativ ist. Wenn dies nicht der Fall ist, würde sich beispielsweise die Methode Kurzzeit: Lokal skaliert für diese Daten nur bedingt eignen.


Anwendung eines Scalers auf Referenzdaten

Für Versionen vor windPRO 3.3 steht diese Option nur in einem stark reduzierten Umfang zur Verfügung



Die Auswahl dieser Option eröffnet den Zugang zu den vollständigen Scaler-Einstellungen (vgl. Register Scaler in PARK).

Diese können zum einen verwendet werden, um eine oder mehrere Meso-Zeitreihen oder Referenzmasten via Downscaling auf die Mastposition umzurechnen; dies sollte für eine bessere Korrelation mit den Standortdaten sorgen, da dann beide Datenquellen denselben Geländeeinfluss enthalten.

Zum anderen kann das Scaling aber auch verwendet werden, um benachbarte Zeitreihen anderer Datenquellen abstandsgewichtet zu mitteln, z.B. MERRA2 oder ERA5. Wichtig: Bei der Verwendung von Reanalyse-Datenquellen sollte auf das Gelände-Scaling verzichtet werden, da ansonsten beim Downscaling ein Mikro-Geländeeinfluss aus den Daten herausgerechnet wird, der in diesen gar nicht enthalten war.


Zeitraum begrenzen



Ermöglicht es, den verwendeten Zeitraum von Lokaler Messung und/oder Langzeit-Referenz einzuschränken sowie über die Verwendung von deaktivierten Daten zu entscheiden.

Dies ist häufig sinnvoll, wenn ältere Referenzdaten weniger vertrauenswürdig erscheinen; dann kann es eine bessere Wahl sein, beispielsweise nur die letzten 10 statt der letzten 25 Jahre zu verwenden (siehe Referenz evaluieren unten).

Eine Begrenzung der Standortdaten kann verwendet werden, wenn die Qualität der Sensoren sich während des Messzeitraums verändert hat oder am Anfang oder Ende der Messung verstärkt Messfehler aufgetreten sind. Es kann aber auch einfach nur für Experimente verwendet werden, z.B. die Veränderung der Ergebnisse je nachdem, ob das erste oder das letzte Jahr der Standortdaten verwendet wird.

Die Option Deaktivierte verwenden ist komfortabel, wenn die Deaktivierungen im METEO-Objekt aus einem anderen Grund vorgenommen wurden, als ungültige oder schlechte Daten zu entfernen.


Statistiken

Zeigt eine Tabelle mit sektorweisen Parametern für Lokale Messung und Langzeit-Referenz sowie das Verhältnis zwischen beiden. Samples mit Windgeschwindigkeiten unter 4 m/s (Standort oder Referenz) und Abweichungen der Windrichtung von mehr als 90° werden standardmäßig nicht berücksichtigt. Die Tabelle basiert auf gleichzeitigen Zeitstempeln für das Verhältnis zwischen Lokaler Messung und Langzeit-Referenz und auf allen Daten für die Mittelwerte einzelner Datensätze. Im selben Fenster können auf einem zweiten Register Grafiken auch sektorweise Scatterplots angezeigt werden.


Referenz evaluieren

Die Wahl der richtigen Langzeit-Referenz ist im MCP-Prozess vermutlich die wichtigste Entscheidung. Hier können unterschiedliche Referenzdatenquellen auf Indexbasis verglichen und ihr Einfluss auf die Langzeitkorrektur abgeschätzt werden.



Die Darstellung enthält zunächst mindestens eine Index-Serie:

  • Referenz - Generische Leistungskennlinie: Im Bild die erste Zeile. Eine Windindex-Serie aus der gewählten Langzeit-Referenz, bei der der gesamte Zeitraum das 100%-Niveau bestimmt. Zur Indexberechnung wirde eine vereinfachte Leistungskennlinie unter Verwendung quadrierter Windgeschwindigkeiten und Trunkierung bei 13 m/s verwendet.

Wenn auf dem Register Einstellungen Session eine Anwender-Leistungskennlinie zur Indexberechnung angegeben ist, erscheint zusätzlich noch:

  • Referenz - Anwender-LK, nicht skaliert: Zur Berechnung des Index werden die Einstellungen des Registers Einstellungen Session herangezogen.

Zusätzlich zu diesen Serien können weitere Datenquellen im Vergleich angezeigt werden:

  • Von METEO-Objekt: Erzeugt Windindices aus einem oder mehreren METEO-Objekten unter Verwendung der Einstellungen des Registers Einstellungen Session. Die Dauer der Zeitreihe im METEO-Objekt definiert den 100%-Zeitraum. Um diesen zu verkürzen, müssen die Daten im METEO-Objekt deaktiviert werden.
    • Tipp: Sie können Sie dieselbe Langzeitreihe mehrfach hinzufügen und dazwischen die Einstellungen auf dem Register Einstellungen Session ändern.
  • Von Perf.Check-Datenbank hinzufügen: Im Modul PERFORMANCE CHECK lassen sich Windindices erzeugen und als Datenbank-Datei (*.wbf) ablegen. Hier können diese Datenbanken eingeladen werden
  • Online-Windenergieindex hinzuf.: Lässt Sie verschiedene vorgenerierte Indices herunterladen. Je nach Lage auf der Erde können verschiedene Datenquellen verfügbar sein, überall sind aber EMD Global Wind Data (ERA Interim-basiert, später mit ERA5 erweitert), MERRA2 und ERA5 verfügbar.
HINWEIS: Für alle Online-Indices wurde die Periode 1993-2012 (20 Jahre) als 100%-Zeitraum definiert. Dieser Zeitraum wurde gewählt, um eine einheitliche Referenz für alle Zeitreihen zu haben. Der Zeitraum wurde von EMD als langzeit-repräsentativ für Nordeuropa evaluiert, basierend auf rund 40 Jahren Erfahrung mit WEA-Betriebsdaten und gegen Langzeitquellen wie den NAO-Index validiert. Allerdings ist dies eventuell nicht die beste Referenzperiode für andere Orte auf der Erde. An anderen Orten auf der Erde können Probleme wie schlechte Datenqualität oder ungenügende historische Quellen die zu berücksichtigende Periode auf die vergangenen 10-15 Jahre einschränken.


Der angezeigte Name der Referenz-Zeitreihen in der Tabelle in der oberen Fensterhälfte enthält einige Grundinformationen, unter welchen Voraussetzungen der jeweilige Index hinzugefügt wurde:

Hier wurde beispielsweise der selbe ERA5-Index aus einem METEO-Objekt zweimal hinzugefügt, einmal unter Verwendung der generischen Leistungskennlinie (Standardeinstellung) und zusätzlich unter Verwendung einer Anwender-Leistungskennlinie. Für alle Indices wurde die jeweilige Zeitreihe vor der Index-Berechnung auf 9 m/s mittlere Windgeschwindigkeit skaliert. Diese Einstellungen werden auf dem Register Einstellungen Session getroffen.

Die Tabelle enthält weiterhin:

  • Entfernung zur Lokalen Messung / Zur gewählten Langzeit-Referenz
  • Gleichzeit. Tage Tage mit gewählter Langzeit-Referenz
  • Variabilität auf Windgeschwindigkeit und Windindex (Berechnet als Standardabweichung auf 12-Monats-Mittel). Dieser Wert reagiert empfindlich auf den Startmonat (der unter der Tabelle gewählt werden kann)
  • MK Trend Test (Mann-Keldall) ist eine quantitative Beurteilung, ob ein signifikanter Trend in der Zeitreihe vorliegt. Das Ergebnis nähert sich 1 für trendfreie und 0 für trendhaltige Zeitreihen. Ein Trend kan auf ungewöhnliche Klimaereignisse hinweisen oder aufgund von Datenartefakten auftreten. Ein Trend muss aber einen Datensatz nicht automatisch disqualifizieren, sondern sollte nur die Aufmerksamkeit für die Eignung des Datensatzes schärfen. Ein klassisches Beispiel wären wachsende Bäume in der Nähe eines meteorlogischen Masts, der als Langzeit-Referenz verwendet wird. Diese Art von Trend würde die Daten unbrauchbar machen.
  • Sen's Slope wird nur berechnet, wenn ein Trend ermittelt wurde. Die Steigung, oder lineare Änderungsrate wird berechnet. Über Klick auf den -Knopf lässt sich die vollständige Dokumentation herunterladen.

Im unteren Teil werden der Windindex und der rückwärts kumulierte Windindex als Grafiken dargestellt. Für die Windindex-Grafik lassen sich unterschiedliche Mittelungsintervalle (gleitendes Mittel) einstellen, von 1 Monat bis 20 Jahre. Je nach Gesamtlänge der Zeitreihe lassen sich häufig mit gleitenden Mitteln von 3 oder 5 Jahren Darstellungen erzielen, die eine relative Verschiebung zwischen zwei Zeitreihen gut erkennbar machen:



Besonders signifikant in dieser Darstellung ist die Umkehrung zwischen beiden Zeitreihen ca. 2009. Zwar lässt sich aus so einem einfachen Vergleich noch keine Handlungsempfehlung ableiten, zumindest weist er aber schon mal auf eine Inkonsistenz hin, die es weiter zu untersuchen und zu beurteilen gilt (z.B. durch Vergleich mit weiteren Zeitreihen).

Dieselbe Grafik für einen anderen Standort und eine andere Periode:



Beachten Sie, dass hier die Einstellung Zeitraum: Gemeinsamer Zeitraum gewählt ist. Dies ist eine sinnvolle Einstellung insbesondere wenn die Zeitreihen nicht gleichzeitig enden, um einen Bias zu verhindern.

Hier gibt es eine ähnliche Umkehrung um das Jahr 2006. Gut erkennbar hier aber auch, dass das letzte dargestellte Jahr 2016 im MERRA2-Index mehr als 3% unter dem EmdConWx-Index liegt (die Referenzperioden unterscheiden sich). Effektiv würde dies bedeuten, dass wenn man eine Messung aus 2016 auf Basis der hier herangezogenen MERRA2-Zeitreihe langzeitkorrigiert, mit einer 3% höheren AEP rechnen würde als wenn man die hier dargestellte EmdConWx-Zeitreihe verwenden würde.

Der rückwärts kumulierte Windindex in der unteren Grafik:



Hier repräsentiert der letzte (rechte) Wert den letzten Indexmonat, der vorletzte Wert den Mittelwert der beiden letzten Indexmonate, der Wert davor den Mittelwert der letzten drei Indexmonate u.s.w.

Dargestellt sind die letzten 120 Monate (10 Jahre). Es zeigt sich ein ziemlich konstanter Offset zwischen beiden Quellen, wobei beide 10 Jahre zurück sehr nahe an den 100%-Wert kommen. Dies hilft bei der Schlußfolgerung, dass die vergangenen 10 Jahre eine bessere Wahl erscheinen als die Gesamtzeitreihe, da diese auch etwa ein 100%-Mittel haben, aber die Diskrepanzen herausgenommen werden, die weiter zurück liegen.

Bei eigenen Zeitreihen werden Sie eventuell stärkere Fluktuationen sehen, bevor sich der Wert um den 100%-Wert stabilisiert; z.B. könnte die 100%-Linie 8 Jahre zurück gekreuzt werden. Dann könnten die vergangenen 8 Jahre eine bessere Langzeit-Periode sein. Eine andere Erwägung sollte allerdings die Repräsentativität der Windrichtungen. Je kürzer wir in der Zeit zurückgehen, desto höher ist das Risiko, keine langzeit-repräsentative Richtungsverteilung zu erhalten. In einem späteren Prozessschritt wird es die Möglichkeit geben, eine Anpassung für sehr lange Zeiträume vorzunehmen, für den Fall, dass Sie sich entscheiden, einen Zeitraum zu verwenden, der nicht auf 100% kommt.


Referenz-Vergleich

Dieses Fenster gibt Antwort auf die Frage, um wie viel die Voraussage mit einer alternativen Referenz von der Voraussage mit der gewählten Referenz abweichen würde.



Es werden Produktionsindices für die gewählte Referenz und für eine oder mehrere alternative Referenzen berechnet. Dann wird für beide Indices anhand eines Vergleichs des Abgleichszeitraums (Messperiode der Standortmessung) mit dem Langzeitraum ermittelt, wie stark die Lokalen Daten nach oben oder unten korrigiert würden. Das Verhältnis zwischen den Korrekturen mit den beiden Indices gibt dann an, wie sich die beiden Referenzen bezüglich des Korrekturergebnisses unterscheiden.

Die genannten Berechnungen werden für zwei unterschiedliche Definitionen des Langzeitraums durchgeführt:

  • Die gemeinsame Periode der Gewählten und der Alternativen Referenz (oben)
  • Die gesamte Periode jeder einzelnen Referenz (unten)

Zur Verdeutlichung werden die jeweiligen Bezugszeiträume im Zeitstrahl unten im Fenster hervorgehoben, wenn der Mauszeiger über einer der unterstrichenen Zahlen ist.



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