CN109960778A - 计算风电场理论功率的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种计算风电场理论功率的方法和装置，所述方法包括：通过使用黄金分割排名方法确定风电场的样板风机；确定每台样板风机的单机理论功率；根据确定的每台样板风机的单机理论功率计算风电场理论功率。采用本发明的计算风电场理论功率的方法和装置，通过黄金分割排名方法确定风电场的样板风机，可以提高样板风机的代表性，从而有效提高计算风电场理论功率的准确性。

Description

计算风电场理论功率的方法和装置
技术领域
本发明总体说来涉及风电技术领域，更具体地讲，涉及一种计算风电场理论功率的方法和装置。
背景技术
风电场理论功率是指在当前风况下，风电场内所有风机均可正常运行时能够发出的功率。由于发电设备在实际运行过程中会受到限电、通讯中断等因素的影响，使得发电功率和风速之间的对应关系并不能完全按照出厂标准功率曲线进行，这就需要通过对历史运行数据进行分析、建模，实时更新运行设备的理论功率。
然而，现有的计算风电场理论功率的方法通常计算过程复杂，并且误差较大，亟待改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种计算风电场理论功率的方法和装置，可以提高样板风机的代表性，从而有效提高计算风电场理论功率的准确性。
本发明的一方面提供一种计算风电场理论功率的方法，包括：通过使用黄金分割排名方法确定风电场的样板风机；确定每台样板风机的单机理论功率；根据确定的每台样板风机的单机理论功率计算风电场理论功率。
可选地，通过使用黄金分割排名方法确定风电场的样板风机的步骤包括：将所述风电场划分为多个区域；确定每个区域的样板风机，其中，针对所述多个区域中的任意一个区域，确定该区域内的每台风机的发电能力，将该区域内的每台风机按照发电能力由高到低进行排序，通过使用黄金分割排名方法确定该区域的样板风机的数量N，并将该区域内排序最靠前的N个风机确定为该区域的样板风机；将所有区域的样板风机作为所述风电场的样板风机。
可选地，确定每台样板风机的单机理论功率的步骤包括：针对任意一台样板风机，获取该台样板风机在预定时间段期间在预定风速段内的多个历史功率值，并对获取的多个历史功率值进行排序；将排序在预定区间内的多个历史功率值的平均值确定为该台样板风机在所述预定风速段内的单机理论功率。
可选地，针对所述多个区域中的任意一个区域，确定该区域内的每台风机的发电能力的步骤包括：将每台风机在预定时间内的发电量与所述风电场内的所有风机在所述预定时间内的发电量之和的比值确定为每台风机的发电能力。
可选地，通过使用黄金分割排名方法确定该区域的样板风机的数量N的步骤包括：将该区域内的风机的总数与黄金分割数相乘以得到第一数值；将该区域内的风机的总数减去所述第一数值得到第二数值；将小于或者等于所述第二数值的最大整数确定为该区域的样板风机的数量N。
可选地，根据确定的每台样板风机的单机理论功率计算风电场理论功率的步骤包括：计算每个区域的样板风机的代表理论功率，其中，针对任意一个区域，根据该区域的每台样板风机的单机理论功率计算该区域的样板风机的代表理论功率；计算每个区域的区域理论功率，其中，针对任意一个区域，根据该区域的样板风机的代表理论功率计算该区域的区域理论功率；根据每个区域的区域理论功率计算风电场理论功率。
可选地，针对任意一个区域根据该区域的每台样板风机的单机理论功率计算该区域的样板风机的代表理论功率的步骤包括：计算该区域的所有样板风机的单机理论功率的平均值，作为该区域的样板风机的代表理论功率。
可选地，针对任意一个区域根据该区域的样板风机的代表理论功率计算该区域的区域理论功率的步骤包括：将该区域的样板风机的代表理论功率与该区域内的风机的总数相乘，并将相乘的结果作为该区域的区域理论功率。
可选地，根据每个区域的区域理论功率计算风电场理论功率的步骤还包括：计算每个区域的区域理论功率之和，作为风电场理论功率。
本发明的另一方面还提供一种计算风电场理论功率的装置，包括：样板风机确定单元，被配置为通过使用黄金分割排名方法确定风电场的样板风机；单机功率确定单元，被配置为确定每台样板风机的单机理论功率；计算单元，被配置为根据确定的每台样板风机的单机理论功率计算风电场理论功率。
可选地，样板风机确定单元还被配置为：将所述风电场划分为多个区域；确定每个区域的样板风机，其中，针对所述多个区域中的任意一个区域，确定该区域内的每台风机的发电能力，将该区域内的每台风机按照发电能力由高到低进行排序，通过使用黄金分割排名方法确定该区域的样板风机的数量N，并将该区域内排序最靠前的N个风机确定为该区域的样板风机；将所有区域的样板风机作为所述风电场的样板风机。
可选地，单机功率确定单元还被配置为：针对任意一台样板风机，获取该台样板风机在预定时间段期间在预定风速段内的多个历史功率值，并对获取的多个历史功率值进行排序；将排序在预定区间内的多个历史功率值的平均值确定为该台样板风机在所述预定风速段内的单机理论功率。
可选地，样板风机确定单元还被配置为：针对所述多个区域中的任意一个区域，将该区域的每台风机在预定时间内的发电量与所述风电场内的所有风机在所述预定时间内的发电量之和的比值确定为每台风机的发电能力。
可选地，样板风机确定单元还被配置为：针对所述多个区域中的任意一个区域，将该区域内的风机的总数与黄金分割数相乘以得到第一数值，并将该区域内的风机的总数减去所述第一数值得到第二数值，然后将小于或者等于所述第二数值的最大整数确定为该区域的样板风机的数量N。
可选地，计算单元还被配置为：计算每个区域的样板风机的代表理论功率，其中，针对任意一个区域，根据该区域的每台样板风机的单机理论功率计算该区域的样板风机的代表理论功率；计算每个区域的区域理论功率，其中，针对任意一个区域，根据该区域的样板风机的代表理论功率计算该区域的区域理论功率；根据每个区域的区域理论功率计算风电场理论功率。
可选地，计算单元还被配置为：针对任意一个区域，计算该区域的所有样板风机的单机理论功率的平均值，作为该区域的样板风机的代表理论功率。
可选地，计算单元还被配置为：针对任意一个区域，将该区域的样板风机的代表理论功率与该区域内的风机的总数相乘，并将相乘的结果作为该区域的区域理论功率。
可选地，计算单元还被配置为：计算每个区域的区域理论功率之和，作为风电场理论功率。
本发明的另一方面还提供一种计算机可读存储介质，存储有当被处理器执行时使得处理器执行如上所述的计算风电场理论功率的方法的计算机程序。
本发明的另一方面还提供一种计算装置，包括：处理器；存储器，用于存储当被处理器执行使得处理器执行如上所述的计算风电场理论功率的方法的计算机程序。
采用本发明的计算风电场理论功率的方法和装置，通过黄金分割排名方法确定风电场的样板风机，可以提高样板风机的代表性，从而有效提高计算风电场理论功率的准确性。
附图说明
通过下面结合附图进行的详细描述，本发明的上述和其它目的、特点和优点将会变得更加清楚，其中：
图1示出根据本发明的实施例的计算风电场理论功率的方法的流程图。
图2示出根据本发明的实施例的计算风电场理论功率的步骤的详细的流程图。
图3示出根据本发明的实施例的计算风电场理论功率的装置的框图。
具体实施方式
现在，将参照附图更充分地描述不同的示例实施例，其中，一些示例性实施例在附图中示出。
下面参照图1至图3描述根据本发明的实施例的计算风电场理论功率的方法和装置。
图1示出根据本发明的实施例的计算风电场理论功率的方法的流程图。
在步骤S10，通过使用黄金分割排名方法确定风电场的样板风机。
这里，样板风机是指风电场中具有代表性的能够准确反映风电场总体实际发电能力的风机。
在步骤S10的一个实施例中，将所述风电场划分为多个区域；确定每个区域的样板风机；将所有区域的样板风机作为所述风电场的样板风机。
这里，针对所述多个区域中的任意一个区域，可确定该区域内的每台风机的发电能力，将该区域内的每台风机按照发电能力由高到低进行排序，通过使用黄金分割排名方法确定该区域的样板风机的数量N，并将该区域内排序最靠前的N个风机确定为该区域的样板风机。
这里，可根据风机的生产厂家对所述风电场进行区域划分，也可根据风机的机组容量对所述风电场进行区域划分，还可根据风机的型号对风电场进行区域划分，还可根据需要对风电场进行区域划分，本发明对此不作限定。
作为示例，风电场的装机容量为99.5MW，分别由A风机生产厂家的33台机组容量为1.5MW的风机和B风机生产厂家的25台机组容量为2.0MW的风机组成。那么，可将该风电场划分为两个区域，第一区域由A风机生产厂家的33台机组容量为1.5MW的风机组成，第二区域由B风机生产厂家的25台机组容量为2.0MW的风机组成。
这里，针对任意一个区域，确定该区域内的每台风机的发电能力的步骤包括：将每台风机在预定时间内的发电量与所述风电场内的所有风机在所述预定时间内的发电量之和的比值确定为每台风机的发电能力。
具体地，可通过以下等式来计算每个区域中的每台风机的发电能力。
这里，Cai为第i台风机的发电能力，T为记录发电量的时间点的数量，K为所述风电场内的全部风机的数量，Esi,t为第i台风机在第t个时间点的发电量。
应当理解，也可按照发电能力由低到高进行排序，在这种情况下，将每个区域内排序最靠后的N个风机确定为该区域的样板风机。
这里，针对任意一个区域，通过使用黄金分割排名方法确定该区域的样板风机的数量N的步骤包括：将该区域内的风机的总数与黄金分割数相乘以得到第一数值；将该区域内的风机的总数减去所述第一数值得到第二数值；将小于或者等于所述第二数值的最大整数确定为该区域的样板风机的数量N。
优选地，黄金分割数取0.618。
具体地，可通过以下等式来计算每个区域的样板风机的数量。
Nj＝floor[Mj×(1-0.618)]
这里，Nj为第j个区域内的样板风机的数量，Mj为第j个区域内的全部风机的数量，floor()为floor函数。
回到上述示例中，经过计算，第一区域的样板风机的数量为12台，也就是说，将第一区域内发电能力高的12台风机作为第一区域的样板风机。第二区域的样板风机的数量为9台，也就是说，将第二区域内发电能力高的9台风机作为第二区域的样板风机。然后，将第一区域的样板风机和第二区域的样板风机都作为风电场的样板风机，即风电场的样板风机为21台。
在步骤S20，确定每台样板风机的单机理论功率。
优选地，可采用修正-最大值法计算每台样板风机的单机理论功率。
在步骤S20的一个实施例中，针对任意一台样板风机，获取该台样板风机在预定时间段期间在预定风速段内的多个历史功率值，并对获取的多个历史功率值进行排序；将排序在预定区间内的多个历史功率值的平均值确定为该台样板风机在所述预定风速段内的单机理论功率。
优选地，可对获取的多个历史功率值按照大小进行排序。
作为示例，使用近3个月内风机的历史风速和历史功率值，具体地，近3个月内5m/s风速所产生的实际历史功率值有671个，该风速对应的历史功率值分布区间在[17.8492，919.0553]kw，将历史功率值由大到小排序后取排名在前5％-20％的历史功率值有101个，历史功率值分布区间在[183.6784，204.8442]kw，然后对该区间内的历史功率值求平均，得到该台样板风机在5m/s风速时的理论功率值为191.3518kw。
采用同样的方法计算得到5m/s风速下第一区域中的12台样板风机的单机理论功率，如下表所示。
样板风机编号 单机理论功率值(kw)
A5 191.3518
A8 190.2113
A1 189.2006
A12 188.7638
A17 187.9783
A22 187.7894
A28 186.9978
A2 186.0032
A4 185.9432
A10 184.4538
A11 183.1089
A3 182.9967
考虑到在实际测量中功率值可能存在误差，所以最大的5％的数据舍去不用。且由于各种因素的制约，不同风机的运行状态不能保证完整性和准确性，故功率值排名在前20％之外的数据也选择舍去不用。应当理解，该历史功率值的排名区间可根据实际情况进行相应的调整，本发明对此不作限定。
应当理解，预定时间段可根据需要进行设置，本发明对此不作限定。
应当理解，预定风速段可根据需要进行划分，本发明对此不作限定。例如，以风速0.5m/s为间隔进行划分。
优选地，可将风速段8m/s～8.5m/s对应的历史功率值，作为8m/s风速下的历史功率值。
在步骤S30，根据确定的每台样板风机的单机理论功率计算风电场理论功率。
下面结合图2来详细描述本发明的实施例的计算风电场理论功率的步骤。
图2示出根据本发明的实施例的计算风电场理论功率的步骤的详细的流程图。
参照图2，在步骤S301，计算每个区域的样板风机的代表理论功率，其中，针对任意一个区域，根据该区域的每台样板风机的单机理论功率计算该区域的样板风机的代表理论功率。
在步骤S301的一个实施例中，针对任意一个区域，计算该区域的所有样板风机的单机理论功率的平均值作为该区域的样板风机的代表理论功率。
回到上述示例中，在5m/s风速下，第一区域内的12台样板风机的代表理论功率为187.0665kw，第二区域内的9台样板风机的代表理论功率为236.7563kw。
应当理解，针对所述多个区域中的每个区域，也可以将任意一台样板风机的单机理论功率作为该区域的样板风机的代表理论功率，还可以将该区域中所有样板风机的单机理论功率的中位值作为该区域的样板风机的代表理论功率，本发明对此不作限定。
在步骤S302，计算每个区域的区域理论功率，其中，针对任意一个区域，根据该区域的样板风机的代表理论功率计算该区域的区域理论功率。
在步骤S302的一个实施例中，针对任意一个区域，将该区域的样板风机的代表理论功率与该区域内的风机的总数相乘，并将相乘的结果作为该区域的区域理论功率。
回到上述示例中，在5m/s风速下，第一区域的区域理论功率为33×187.0665kw，即第一区域的区域理论功率为6173.1945kw。第二区域的区域理论功率为25×236.7563kw，即第二区域的区域理论功率为5918.9075kw。
在步骤S303，根据每个区域的区域理论功率计算风电场理论功率。
在步骤S303的一个实施例中，计算每个区域的区域理论功率之和，作为风电场理论功率。
回到上述示例中，在5m/s风速下，风电场理论功率等于第一区域的区域理论功率6173.1945kw与第二区域的区域理论功率5918.9075kw之和，即风电场理论功率为12092.102kw。
应当理解，以同样的方法可以计算出每个风速段/风速下的风电场理论功率。
下面结合图3来详细描述本发明的实施例的计算风电场理论功率的装置。
图3示出根据本发明的实施例的计算风电场理论功率的装置的框图。
参照图3，根据本发明的实施例的计算风电场理论功率的装置包括：样板风机确定单元100、单机功率确定单元200、计算单元300。
样板风机确定单元100被配置为通过使用黄金分割排名方法确定风电场的样板风机。
在样板风机确定单元100的一个实施例中，样板风机确定单元100还被配置为：将所述风电场划分为多个区域，确定每个区域的样板风机，将所有区域的样板风机作为所述风电场的样板风机。
这里，样板风机确定单元100针对所述多个区域中的每个区域，确定该区域内的每台风机的发电能力，将该区域内的每台风机按照发电能力由高到低进行排序，通过使用黄金分割排名方法确定该区域的样板风机的数量N，并将该区域内排序最靠前的N个风机确定为该区域的样板风机。
优选地，样板风机确定单元100还被配置为：针对所述多个区域中的任意一个区域，将该区域的每台风机在预定时间内的发电量与所述风电场内的所有风机在所述预定时间内的发电量之和的比值确定为每台风机的发电能力。
优选地，样板风机确定单元100还被配置为：针对所述多个区域中的任意一个区域，将该区域内的风机的总数与黄金分割数相乘以得到第一数值，并将该区域内的风机的总数减去所述第一数值得到第二数值，然后将小于或者等于所述第二数值的最大整数确定为该区域的样板风机的数量N。
优选地，黄金分割数取0.618。
单机功率确定单元200被配置为确定每台样板风机的单机理论功率。
这里，单机功率确定单元200还被配置为：针对任意一台样板风机，获取该台样板风机在预定时间段期间在预定风速段内的多个历史功率值，并对获取的多个历史功率值进行排序；将排序在预定区间内的多个历史功率值的平均值确定为该台样板风机在所述预定风速段内的单机理论功率。
计算单元300被配置为根据确定的每台样板风机的单机理论功率计算风电场理论功率。
这里，计算单元300还被配置为：计算每个区域的样板风机的代表理论功率，计算每个区域的区域理论功率，根据每个区域的区域理论功率计算风电场理论功率。
这里，计算单元300还被配置为：针对所述多个区域中的任意一个区域，根据该区域的每台样板风机的单机理论功率计算该区域的样板风机的代表理论功率。
计算单元300还被配置为：针对所述多个区域中的任意一个区域，根据该区域的样板风机的代表理论功率计算该区域的区域理论功率。
优选地，计算单元300还被配置为针对任意一个区域，计算该区域的所有样板风机的单机理论功率的平均值，作为该区域的样板风机的代表理论功率。
优选地，计算单元300还被配置为针对任意一个区域，将该区域的样板风机的代表理论功率与该区域内的风机的总数相乘，并将相乘的结果作为该区域的区域理论功率。
优选地，计算单元300还被配置为计算每个区域的区域理论功率之和，作为风电场理论功率。
此外，采用本发明的实施例的计算风电场理论功率的方法和装置，通过黄金分割排名方法确定风电场的样板风机，可以提高样板风机的代表性，从而有效提高计算风电场理论功率的准确性。
根据本发明的实施例还提供一种计算机可读存储介质。该计算机可读存储介质存储有当被处理器执行时使得处理器执行如上所述的计算风电场理论功率的方法的计算机程序。
根据本发明的实施例还提供一种计算装置。该计算装置包括处理器和存储器。存储器用于存储程序指令。所述程序指令被处理器执行使得处理器执行如上所述的计算风电场理论功率的方法的计算机程序。
此外，应该理解，根据本发明示例性实施例的计算风电场理论功率的装置中的各个单元可被实现硬件组件和/或软件组件。本领域技术人员根据限定的各个单元所执行的处理，可以例如使用现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)来实现各个单元。
尽管已经参照其示例性实施例具体显示和描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。

Claims (20)

1.一种计算风电场理论功率的方法，其特征在于，包括：
通过使用黄金分割排名方法确定风电场的样板风机；
确定每台样板风机的单机理论功率；
根据确定的每台样板风机的单机理论功率计算风电场理论功率。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过使用黄金分割排名方法确定风电场的样板风机的步骤包括：
将所述风电场划分为多个区域；
确定每个区域的样板风机，其中，针对所述多个区域中的任意一个区域，确定该区域内的每台风机的发电能力，将该区域内的每台风机按照发电能力由高到低进行排序，通过使用黄金分割排名方法确定该区域的样板风机的数量N，并将该区域内排序最靠前的N个风机确定为该区域的样板风机；
将所有区域的样板风机作为所述风电场的样板风机。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定每台样板风机的单机理论功率的步骤包括：
针对任意一台样板风机，获取该台样板风机在预定时间段期间在预定风速段内的多个历史功率值，并对获取的多个历史功率值进行排序；
将排序在预定区间内的多个历史功率值的平均值确定为该台样板风机在所述预定风速段内的单机理论功率。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，针对所述多个区域中的任意一个区域，确定该区域内的每台风机的发电能力的步骤包括：将每台风机在预定时间内的发电量与所述风电场内的所有风机在所述预定时间内的发电量之和的比值确定为每台风机的发电能力。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，通过使用黄金分割排名方法确定该区域的样板风机的数量N的步骤包括：
将该区域内的风机的总数与黄金分割数相乘以得到第一数值；
将该区域内的风机的总数减去所述第一数值得到第二数值；
将小于或者等于所述第二数值的最大整数确定为该区域的样板风机的数量N。
6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，根据确定的每台样板风机的单机理论功率计算风电场理论功率的步骤包括：
计算每个区域的样板风机的代表理论功率，其中，针对任意一个区域，根据该区域的每台样板风机的单机理论功率计算该区域的样板风机的代表理论功率；
计算每个区域的区域理论功率，其中，针对任意一个区域，根据该区域的样板风机的代表理论功率计算该区域的区域理论功率；
根据每个区域的区域理论功率计算风电场理论功率。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，针对任意一个区域，根据该区域的每台样板风机的单机理论功率计算该区域的样板风机的代表理论功率的步骤包括：
计算该区域的所有样板风机的单机理论功率的平均值，作为该区域的样板风机的代表理论功率。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，针对任意一个区域，根据该区域的样板风机的代表理论功率计算该区域的区域理论功率的步骤包括：
将该区域的样板风机的代表理论功率与该区域内的风机的总数相乘，并将相乘的结果作为该区域的区域理论功率。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，根据每个区域的区域理论功率计算风电场理论功率的步骤还包括：
计算每个区域的区域理论功率之和，作为风电场理论功率。
10.一种计算风电场理论功率的装置，其特征在于，包括：
样板风机确定单元，被配置为通过使用黄金分割排名方法确定风电场的样板风机；
单机功率确定单元，被配置为确定每台样板风机的单机理论功率；
计算单元，被配置为根据确定的每台样板风机的单机理论功率计算风电场理论功率。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，样板风机确定单元还被配置为：
将所述风电场划分为多个区域；
确定每个区域的样板风机，其中，针对所述多个区域中的任意一个区域，确定该区域内的每台风机的发电能力，将该区域内的每台风机按照发电能力由高到低进行排序，通过使用黄金分割排名方法确定该区域的样板风机的数量N，并将该区域内排序最靠前的N个风机确定为该区域的样板风机；
将所有区域的样板风机作为所述风电场的样板风机。
12.如权利要求10所述的装置，其特征在于，单机功率确定单元还被配置为：
针对任意一台样板风机，获取该台样板风机在预定时间段期间在预定风速段内的多个历史功率值，并对获取的多个历史功率值进行排序；
将排序在预定区间内的多个历史功率值的平均值确定为该台样板风机在所述预定风速段内的单机理论功率。
13.如权利要求11所述的装置，其特征在于，样板风机确定单元还被配置为：针对所述多个区域中的任意一个区域，将该区域内的每台风机在预定时间内的发电量与所述风电场内的所有风机在所述预定时间内的发电量之和的比值确定为每台风机的发电能力。
14.如权利要求11所述的装置，其特征在于，样板风机确定单元还被配置为：针对所述多个区域中的任意一个区域，将该区域内的风机的总数与黄金分割数相乘以得到第一数值，并将该区域内的风机的总数减去所述第一数值得到第二数值，然后将小于或者等于所述第二数值的最大整数确定为该区域的样板风机的数量N。
15.如权利要求11所述的装置，其特征在于，计算单元还被配置为：
计算每个区域的样板风机的代表理论功率，其中，针对任意一个区域，根据该区域的每台样板风机的单机理论功率计算该区域的样板风机的代表理论功率；
计算每个区域的区域理论功率，其中，针对任意一个区域，根据该区域的样板风机的代表理论功率计算该区域的区域理论功率；
根据每个区域的区域理论功率计算风电场理论功率。
16.如权利要求15所述的装置，其特征在于，计算单元还被配置为：
针对任意一个区域，计算该区域的所有样板风机的单机理论功率的平均值，作为该区域的样板风机的代表理论功率。
17.如权利要求15所述的装置，其特征在于，计算单元还被配置为：
针对任意一个区域，将该区域的样板风机的代表理论功率与该区域内的风机的总数相乘，并将相乘的结果作为该区域的区域理论功率。
18.如权利要求15所述的装置，其特征在于，计算单元还被配置为：计算每个区域的区域理论功率之和，作为风电场理论功率。
19.一种计算机可读存储介质，其特征在于，存储有当被处理器执行时使得处理器执行如权利要求1至9中任意一项所述的计算风电场理论功率的方法的计算机程序。
20.一种计算装置，其特征在于，包括：
处理器；
存储器，用于存储当被处理器执行使得处理器执行如权利要求1至9中任意一项所述的计算风电场理论功率的方法的计算机程序。
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