CN110533347B - 一种风电场风资源计算方法、装置、设备及可读介质 - Google Patents
一种风电场风资源计算方法、装置、设备及可读介质 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110533347B CN110533347B CN201910854794.0A CN201910854794A CN110533347B CN 110533347 B CN110533347 B CN 110533347B CN 201910854794 A CN201910854794 A CN 201910854794A CN 110533347 B CN110533347 B CN 110533347B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- wind
- analysis data
- calculation
- boundary
- meteorological analysis
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 title claims abstract description 178
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims abstract description 167
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 53
- 238000012950 reanalysis Methods 0.000 claims abstract description 34
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims abstract description 31
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 24
- 238000012821 model calculation Methods 0.000 claims description 36
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 claims description 18
- 238000004590 computer program Methods 0.000 claims description 10
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 9
- 238000010606 normalization Methods 0.000 claims description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000008121 plant development Effects 0.000 description 3
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 2
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000011234 economic evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G06Q10/00—Administration; Management
- G06Q10/06—Resources, workflows, human or project management; Enterprise or organisation planning; Enterprise or organisation modelling
- G06Q10/063—Operations research, analysis or management
- G06Q10/0637—Strategic management or analysis, e.g. setting a goal or target of an organisation; Planning actions based on goals; Analysis or evaluation of effectiveness of goals
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G06Q10/00—Administration; Management
- G06Q10/06—Resources, workflows, human or project management; Enterprise or organisation planning; Enterprise or organisation modelling
- G06Q10/067—Enterprise or organisation modelling
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G06Q50/00—Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
- G06Q50/06—Energy or water supply
Landscapes
- Business, Economics & Management (AREA)
- Human Resources & Organizations (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Strategic Management (AREA)
- Economics (AREA)
- Entrepreneurship & Innovation (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Marketing (AREA)
- Educational Administration (AREA)
- General Business, Economics & Management (AREA)
- Tourism & Hospitality (AREA)
- Quality & Reliability (AREA)
- Game Theory and Decision Science (AREA)
- Operations Research (AREA)
- Development Economics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Primary Health Care (AREA)
- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
Abstract
本申请公开了一种风电场风资源计算方法、装置、设备及计算机可读存储介质，方法包括：将气象再分析数据作为中尺度WRF模式的背景场，利用中尺度WRF模式对界定区域进行数值模拟，得到中尺度气象分析数据；从中尺度气象分析数据中提取气象分析数据，对气象分析数据进行重建；将重建气象分析数据作为微尺度CFD模型的入流边界条件，利用微尺度CFD模型对风电场区域进行数值计算，得到计算结果；利用计算结果、测风数据及风电机组的机组信息得到风电场风资源计算结果。本申请公开的上述技术方案，对中尺度WRF模式得到的结果进行提取和重建，并将重建结果作为微尺度CFD模型的入流边界条件，以提高风资源计算的准确性和精度。
Description
技术领域
本申请涉及风力发电技术领域，更具体地说，涉及一种风电场风资源计算方法、装置、设备及计算机可读存储介质。
背景技术
风资源评估与测量作为风电场开发的核心环节，对风电场效益和风电场投资的成败起着非常重要的作用。随着风电竞价上网甚至平价上网的来临，风力发电的投资效益逐步被压缩，风电场开发处于盈亏平衡点，因此，提高风资源计算的精度则显得越来越重要。
目前，多以计算流体力学(CFD)技术为核心进行风电场风资源的计算，并常借助微尺度CFD模型进行数值模拟、计算，但由于目前在进行数值模拟的过程中，微尺度CFD方法所用到的入流边界条件为假设模型，而假设模型无法反映风电场真实的大气流动状态，因此，则会降低风资源计算的准确性和精度。
综上所述，如何提高风电场风资源计算的准确性和精度，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的是提供一种风电场风资源计算方法、装置、设备及计算机可读存储介质，以提高风电场风资源计算的准确性和精度。
为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：
一种风电场风资源计算方法，包括：
从再分析数据库中获取气象再分析数据，将所述气象再分析数据作为中尺度WRF模式的背景场，并利用所述中尺度WRF模式对界定区域进行数值模拟，得到中尺度气象分析数据；其中，所述界定区域包含风电场区域且大于所述风电场区域；
从所述中尺度气象分析数据中提取用于供微尺度CFD模型进行模型计算的气象分析数据，并对所述气象分析数据进行重建，得到重建气象分析数据；
将所述重建气象分析数据作为所述微尺度CFD模型的入流边界条件，并利用所述微尺度CFD模型对所述风电场区域进行数值计算，得到计算结果；
利用所述计算结果、测风数据及风电场中风电机组的机组信息得到风电场风资源计算结果。
优选的，在从所述中尺度气象分析数据中提取用于供微尺度CFD模型进行模型计算的气象分析数据，并对所述气象分析数据进行重建，得到重建气象分析数据之前，还包括：
确定扇区步长，并根据所述扇区步长及360°范围内的风向确定扇区的个数，其中，每个所述扇区对应一个入流风向。
优选的，从所述中尺度气象分析数据中提取用于供微尺度CFD模型进行模型计算的气象分析数据，包括：
将所述微尺度CFD模型计算域中的第一计算边界在水平方向上划分为多个边界段；其中，所述第一计算边界为所述计算域中位于所述入流风向的入口位置处的计算边界；
沿所述入流风向的方向选取与所述边界段间隔第一预设距离且与所述边界段等长度的界限作为第一界限，沿所述入流风向的反方向选取与所述边界段间隔第二预设距离且与所述边界段等长度的界限作为第二界限，利用所述第一界限、所述第二界限及与所述边界段相垂直的界限构成封闭的目标区域；
提取位于所述目标区域内的所述中尺度气象分析数据，以得到用于供所述尺度CFD模型进行模型计算的气象分析数据。
优选的，对所述气象分析数据进行重建，得到重建气象分析数据，包括：
根据所述气象分析数据计算表面层高度，利用所述表面层高度、所述表面层高度内包含的不同高度处的风速、不同高度处的风速之间的线性插值得到所述第一计算边界在垂直方向上的对数风廓线；其中，所述地形网格为根据所述风电场的地形数据得到的；
对所述气象分析数据中包含的水平方向上的风速进行插值，通过所述插值及所述气象分析数据中包含的水平方向上的风速得到所述第一计算边界在水平方向上的风速。
优选的，在得到对数风廓线之后，还包括：
对所述对数风廓线进行归一化处理。
优选的，所述测风数据为实际测风数据或虚拟测风数据，当所述测风数据为虚拟测风数据时，则在通过所述计算结果、测风数据及风电场风电机组的机组信息得到风电场风资源计算结果之前，还包括：
从所述中尺度气象分析数据中提取指定位置处的风速时间序列、风向时间序列，并将所述风速时间序列和所述风向时间序列作为所述虚拟测风数据。
优选的，利用所述中尺度WRF模式对界定区域进行数值模拟，包括：
利用WRF-ARW模型对所述界定区域进行数值模拟。
一种风电场风资源计算装置，包括：
中尺度数值模拟模块，用于从再分析数据库中获取气象再分析数据，将所述气象再分析数据作为中尺度WRF模式的背景场，并利用所述中尺度WRF模式对界定区域进行数值模拟，得到中尺度气象分析数据；其中，所述界定区域包含风电场区域且大于所述风电场区域；
提取模块，用于从所述中尺度气象分析数据中提取用于供微尺度CFD模型进行模型计算的气象分析数据，并对所述气象分析数据进行重建，得到重建气象分析数据；
微尺度数值模拟模块，用于将所述重建气象分析数据作为所述微尺度CFD模型的入流边界条件，并利用所述微尺度CFD模型对所述风电场区域进行数值计算，得到计算结果；
综合计算模块，用于利用所述计算结果、测风数据及风电场中风电机组的机组信息得到风电场风资源计算结果。
一种风电场风资源计算设备，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上述任一项所述的风电场风资源计算方法的步骤。
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一项所述的风电场风资源计算方法的步骤。
本申请提供了一种风电场风资源计算方法、装置、设备及计算机可读存储介质，其中，该方法包括：从再分析数据库中获取气象再分析数据，将气象再分析数据作为中尺度WRF模式的背景场，并利用中尺度WRF模式对界定区域进行数值模拟，得到中尺度气象分析数据；其中，界定区域包含风电场区域且大于风电场区域；从中尺度气象分析数据中提取用于供微尺度CFD模型进行模型计算的气象分析数据，并对气象分析数据进行重建，得到重建气象分析数据；将重建气象分析数据作为微尺度CFD模型的入流边界条件，并利用微尺度CFD模型对风电场区域进行数值计算，得到计算结果；利用计算结果、测风数据及风电场中风电机组的机组信息得到风电场风资源计算结果。
本申请公开的上述技术方案，将气象再分析数据作为中尺度WRF模式的背景场，利用中尺度WRF模式对包含风电场区域的界定区域进行数值模拟，以得到较为贴近风电场真实大气流动状态的中尺度气象分析数据，并从中尺度气象分析数据中获取气象分析数据，然后，对气象分析数据进行重建，利用重建得到的重建气象分析数据代替假设模型作为微尺度CFD模型的入流边界条件，以提高微尺度CFD模型计算的准确性和精度，从而提高风电场风资源计算结果的准确性和精度，进而为风电场开发提供可靠的依据。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种风电场风资源计算方法的流程图；
图2为本申请实施例提供的从中尺度气象分析数据中提取气象分析数据的示意图；
图3为本申请实施例提供的一种风电场风资源计算装置的结构示意图；
图4为本申请实施例提供的一种风电场风资源计算设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
参见图1，其示出了本申请实施例提供的一种风电场风资源计算方法的流程图，可以包括：
S11：从再分析数据库中获取气象再分析数据，将气象再分析数据作为中尺度WRF模式的背景场，并利用中尺度WRF模式对界定区域进行数值模拟，得到中尺度气象分析数据；其中，界定区域包含风电场区域且大于风电场区域。
从NCEP、NCAR、ERA等再分析数据库中获取气象再分析数据(空间分辨率为0.25°-0.75°，25km-80km)，并将所获取到的气象再分析数据作为中尺度WRF(天气预报模式)模式的背景场，即将所获取到的气象再分析数据作为中尺度WRF模式的输入，然后，利用中尺度WRF模式对界定区域进行数值模拟，以得到更高空间分辨率(空间分辨率具体可以为1km-3km)的中尺度气象分析数据(通常情况下，中尺度气象分析数据包含1年以上、逐小时的时间序列数据)。其中，这里所提及的界定区域包含风电场区域且该界定区域大于风电场区域，也就是说，界定区域为包含风电场区域的更大区域。
其中，中尺度WRF模式利用了高阶(典型情况为从2到6)的平流架构，并且水平方向采用Arakawa-C网格点，垂直方向则采用地形跟随质量坐标，以更加有效地对风电场区域中的复杂地形地貌进行数值模拟计算，并且在时间积分上采用三阶或四阶的Rungr-Kutta算法，以使得计算结果更加准确、可靠。
S12：从中尺度气象分析数据中提取用于供微尺度CFD模型进行模型计算的气象分析数据，并对气象分析数据进行重建，得到重建气象分析数据。
在得到中尺度气象分析数据之后，从中尺度气象分析数据中提取用于供微尺度CFD模型进行模型计算的气象分析数据，即提取微尺度CFD模型计算边界附近不同风向的热稳定度和风廓线等信息。
考虑到从中尺度气象分析数据中提取出的气象分析数据多为离散的数据，而直接将这些离散的数据作为微尺度CFD模型的入流边界条件参与计算会对准确性和精度造成影响，因此，为了使得微尺度CFD模型无论在对处于简单地形的风电场还是在对处于复杂地形的风电场进行数值计算时均具有较高的计算准确性和精度，则可以对提取到的气象分析数据进行重建，得到重建气象分析数据，以将离散的数据变为连续、更接近真实地形情况和大气状态的数据，从而便于提高微尺度CFD模型进行数值计算的准确性和精度。
S13：将重建气象分析数据作为微尺度CFD模型的入流边界条件，并利用微尺度CFD模型对风电场区域进行数值计算，得到计算结果。
在得到重建气象分析数据之后，可以将重建气象分析数据代替假设模型作为微尺度CFD计算(分辨率在20m-100m)的入流边界条件，以为微尺度CFD模型提供更贴近真实大气流动状态的入流边界条件，并通过此种方式获得精细化的风资源空间分布信息。然后，则可以利用微尺度CFD模型对风电场区域进行数值计算，以得到准确性和精度比较高的计算结果。其中，计算结果具体为在微尺度CFD模型的计算域内风电机组以及测风塔位置处的风速及风向(风速和风向可以构成风速风向矩阵)。
另外，在利用微尺度CFD模型对风电场区域进行数值计算时，还需要将地形网格、粗糙度分布等作为地形边界条件，其中，地形网格为根据风电场所在位置的实测地形图、ASTGTM2 DEM数据等地形数据所建立的。
S14：利用计算结果、测风数据及风电场中风电机组的机组信息得到风电场风资源计算结果。
获取测风数据，并获取风电场中风电机组的机组信息(其中，机组信息包含但不限于风电机组推力系数、风电机组功率曲线、风电机组轮毂高度)，然后，利用微尺度CFD模型的计算结果、测风数据及风电场中风电机组的机组信息得到任意一所需位置(所需位置具体为风电场内需要获知具体的风资源信息的位置)处的风电场风资源计算结果(即进行综合计算)，其中，风电场风资源计算结果具体包含风电场内各风电机组及风电场的代表年平均风速、风向、湍流强度、发电量等。由于微尺度CFD模型的计算结果的准确性和精度比较高，因此，则可以提高风电场风资源计算的准确性和精度，从而则可以为风电场发电量评估、经济性评价、风电场整体开发和利用提供可靠的依据，进而可以提高风电场投资收益，降低风电场投资风险。
本申请公开的上述技术方案，将气象再分析数据作为中尺度WRF模式的背景场，利用中尺度WRF模式对包含风电场区域的界定区域进行数值模拟，以得到较为贴近风电场真实大气流动状态的中尺度气象分析数据，并从中尺度气象分析数据中获取气象分析数据，然后，对气象分析数据进行重建，利用重建得到的重建气象分析数据代替假设模型作为微尺度CFD模型的入流边界条件，以提高微尺度CFD模型计算的准确性和精度，从而提高风电场风资源计算结果的准确性和精度，进而为风电场开发提供可靠的依据。
本申请实施例提供的一种风电场风资源计算方法，在从中尺度气象分析数据中提取用于供微尺度CFD模型进行模型计算的气象分析数据，并对气象分析数据进行重建，得到重建气象分析数据之前，还可以包括：
确定扇区步长，并根据扇区步长及360°范围内的风向确定扇区的个数，其中，每个扇区对应一个入流风向。
在从中尺度气象分析数据中提取用于供微尺度CFD模型进行模型计算的气象分析数据，并对气象分析数据进行重建，得到重建气象分析数据之前，还可以预先确定扇区步长，并根据扇区步长及360°范围内的风向确定扇区的个数(具体利用扇区的个数＝360°/扇区步长，得到扇区的个数，其中，每个扇区对应一个入流风向)，以得到入流风向的个数，例如：将扇区步长设置为22.5°，此时，则对应有360°/22.5°＝16个扇区，即对应有16个入流风向，然后，对于每个入流风向，可以分别执行从中尺度气象分析数据中提取用于供微尺度CFD模型进行模型计算的气象分析数据，并对气象分析数据进行重建，得到重建气象分析数据的步骤。其中，扇区步长越小(当然，扇区步长也不能太小，其大小具体可以根据经验或风资源计算需要进行设置)，则对应的入流风向的精度越高，最终所得到的计算结果及风电场风资源计算结果精度和准确性越高。
另外，在利用计算结果、测风数据及风电场中风电机组的机组信息得到任意一所需位置处的风电场风资源计算结果时，可以假设在两个扇区之间，测风塔和风电机组的风速、风向呈线性变化，此时，则可以根据
(其中，这里是以θ处于第二个扇区和第三个扇区之间的任意入流风向角度为例进行说明，其中，θ2、θ3为与θ相邻的扇区对应的角度)确定任意一所需位置所对应的角度θ的加权系数α，然后，则可以根据加权系数插值求得测风塔的计算风速和计算风向、风机的计算风向和计算风速，其中，测风塔的计算风速为
测风塔的计算风向为
风电机组的计算风速为
风电机组的计算风向为
其中，
为相邻扇区的微尺度CFD模型的计算结果中所对应的测风塔位置处的风速，
为相邻扇区的微尺度CFD模型的计算结果中所对应的测风塔位置处的风向，
为相邻扇区的微尺度CFD模型的计算结果中所对应的风电机组的风速，
为相邻扇区的微尺度CFD模型的计算结果中所对应的风电机组的风向。同时，可以运用风加速因子，利用之前计算得到的测风塔的计算风速
实测风速U、风电机组计算风速
根据风加速因子假设，推算风电机组的实际风速
然后，则可以进行综合计算，以得到入流风向角度值为θ位置处对应的风电场风资源计算结果。
参见图2，其示出了本申请实施例提供的从中尺度气象分析数据中提取气象分析数据的示意图。本申请实施例提供的一种风电场风资源计算方法，从中尺度气象分析数据中提取用于供微尺度CFD模型进行模型计算的气象分析数据，可以包括：
将微尺度CFD模型计算域中的第一计算边界在水平方向上划分为多个边界段；其中，第一计算边界为计算域中位于入流风向的入口位置处的计算边界；
沿入流风向的方向选取与边界段间隔第一预设距离且与边界段等长度的界限作为第一界限，沿入流风向的反方向选取与边界段间隔第二预设距离且与边界段等长度的界限作为第二界限，利用第一界限、第二界限及与边界段相垂直的界限构成封闭的目标区域；
提取位于目标区域内的中尺度气象分析数据，以得到用于供尺度CFD模型进行模型计算的气象分析数据。
对于每个入流风向(即对于每个的特定风向)，可以将微尺度CFD模型计算域中的第一计算边界在水平方向上划分为多个边界段。其中，第一计算边界即为计算域中位于入流风向的入口位置处的计算边界，具体如图2所示，四个计算边界围成一个计算域，其中，箭头代表入流风向的方向，虚线代表的是边界段的界限，与虚线相交且位于计算域上的实线即代表第一计算边界。
在每一个边界段中，沿入流风向的方向选取与边界段间隔第一预设距离(一般可以为2km，当然，也可以为其他值)且与边界段等长度的界限作为第一界限，即可以将沿着入流风向在第一计算边界下游的第一预设距离处作为第一边界；并沿入流风向的反方向选取与边界段间隔第二预设距离(一般可以为6km，当然，也可以为其他值)且与边界段等长度的界限作为第二界限，即可以将沿着入流风向在第一计算边界上游的第二预设距离处作为第二边界，然后，则可以将第一界限、第二界限及与边界段相垂直的界限构成封闭的目标区域，具体参见图2，可以由相邻两条虚线、第一界限及第二界限构成矩形的目标区域。
得到目标区域之后，则可以提取位于目标区域内的中尺度气象分析数据(如图2中圆形代表的是中尺度气象分析数据的点，实心圆形代表的是位于目标区域内的中尺度气象分析数据(即将要提取得到的气象分析数据)，空心圆形代表的是位于目标区域之外的中尺度气象分析数据)，以得到气象分析数据，即将位于目标区域中的中尺度气象分析数据作为用于供微尺度CFD模型进行模型计算的气象分析数据，以使得入流边界条件可以更加接近真实的大气情况，从而便于提高微尺度CFD模型计算以及风电场风资源计算的准确性和精度。
本申请实施例提供的一种风电场风资源计算方法，对气象分析数据进行重建，得到重建气象分析数据，可以包括：
根据气象分析数据计算表面层高度，利用表面层高度、表面层高度内包含的不同高度处的风速、不同高度处的风速之间的线性插值得到第一计算边界在垂直方向上的对数风廓线；
对气象分析数据中包含的水平方向上的风速进行插值，通过插值及气象分析数据中包含的水平方向上的风速得到第一计算边界在水平方向上的风速。
对于每个边界段对应的风廓线信息，其重建过程具体可以为：
在垂直方向上，可以通过气象分析数据中的热稳定度、参考粗糙度、参考速度和参考高度计算表面层高度，然后，利用表面层高度、表面层高度内包含的不同高度处的风速、不同高度处的风速之间线性插值得到第一计算边界在垂直方向上的对数风廓线。
在水平方向上，则可以对气象分析数据中包含的水平方向上的风速进行插值，并通过插值及水平方向上的风速得到地形网格在水平方向上的风速。
通过在垂直方向和水平方向上进行插值使得入流边界条件可以更加符合真实情况，并使得所提取出来的气象分析数据可以满足微尺度CFD模型计算的精度要求，从而提高微尺度CFD模型计算以及风电场风资源计算的准确性和精度。
需要说明的是，上述具体涉及的是风速的重建过程，至于热稳定度信息，则在从中尺度气象分析数据中提取出热稳定度之后，可以将所得到的热稳定度带入到大气热稳定模型中进行计算，并将计算结果参与到微尺度CFD模型的模型计算中。
本申请实施例提供的一种风电场风资源计算方法，在得到对数风廓线之后，还可以包括：
对对数风廓线进行归一化处理。
在得到对数风廓线之后，可以对每一条对数风廓线均进行归一化处理，例如：当将第一计算边界在水平方向上划分为11个边界段进行计算时，第6段(即中心廓线)在10m高度处的风速可以归一化处理为10m/s，以使得微尺度CFD模型的计算更加方便、便捷。
本申请实施例提供的一种风电场风资源计算方法，测风数据为实际测风数据或虚拟测风数据，当测风数据为虚拟测风数据时，则在通过计算结果、测风数据及风电场风电机组的机组信息得到风电场风资源计算结果之前，还可以包括：
从中尺度气象分析数据中提取指定位置处的风速时间序列、风向时间序列，并将风速时间序列和风向时间序列作为虚拟测风数据。
在风电场风资源计算过程中，所用到的测风数据具体可以为实际测风数据或虚拟测风数据。其中，若实际测风数据效果较好，则可以直接将实际测风数据参与到风电场风资源计算中，若实际测风数据效果不好(例如测风数据存在空间或时间代表性不足)或者不存在实际测风数据，则可以将虚拟测风数据参与到风电场风资源计算中。
其中，虚拟测风数据的获取方式为：从中尺度气象分析数据中提取指定位置(预先根据计算需要等进行指定的位置)处的风速时间序列、风向时间序列，并将所提取到的风速时间序列和风向时间序列作为虚拟测风数据，以解决实际测风数据效果不好或无实际测风数据的问题，从而提高风资源计算的准确性。
本申请实施例提供的一种风电场风资源计算方法，利用中尺度WRF模式对界定区域进行数值模拟，可以包括：
利用WRF-ARW模型对界定区域进行数值模拟。
在利用中尺度WRF模式对界定区域进行数值模拟时，具体可以利用WRF-ARW模型进行数值模拟，其具有较高的有效性，从而可以提高数值模拟的准确定和可靠性。
本申请实施例还提供了一种风电场风资源计算装置，参见图3，其示出了本申请实施例提供的一种风电场风资源计算装置的结构示意图，可以包括：
中尺度数值模拟模块31，用于从再分析数据库中获取气象再分析数据，将气象再分析数据作为中尺度WRF模式的背景场，并利用中尺度WRF模式对界定区域进行数值模拟，得到中尺度气象分析数据；其中，界定区域包含风电场区域且大于风电场区域；
提取模块32，用于从中尺度气象分析数据中提取用于供微尺度CFD模型进行模型计算的气象分析数据，并对气象分析数据进行重建，得到重建气象分析数据；
微尺度数值模拟模块33，用于将重建气象分析数据作为微尺度CFD模型的入流边界条件，并利用微尺度CFD模型对风电场区域进行数值计算，得到计算结果；
综合计算模块34，用于利用计算结果、测风数据及风电场中风电机组的机组信息得到风电场风资源计算结果。
本申请实施例提供的一种风电场风资源计算装置，还可以包括：
确定模块，用于在从所述中尺度气象分析数据中提取用于供微尺度CFD模型进行模型计算的气象分析数据，并对所述气象分析数据进行重建，得到重建气象分析数据之前，确定扇区步长，并根据扇区步长及360°范围内的风向确定扇区的个数，其中，每个扇区对应一个入流风向。
本申请实施例提供的一种风电场风资源计算装置，提取模块32可以包括：
划分单元，用于将微尺度CFD模型计算域中的第一计算边界在水平方向上划分为多个边界段；其中，第一计算边界为计算域中位于入流风向的入口位置处的计算边界；
选取单元，用于沿入流风向的方向选取与边界段间隔第一预设距离且与边界段等长度的界限作为第一界限，沿入流风向的反方向选取与边界段间隔第二预设距离且与边界段等长度的界限作为第二界限，利用第一界限、第二界限及与边界段相垂直的界限构成封闭的目标区域；
提取单元，用于提取位于目标区域内的中尺度气象分析数据，以得到用于供尺度CFD模型进行模型计算的气象分析数据。
本申请实施例提供的一种风电场风资源计算装置，提取模块32可以包括：
第一计算单元，用于根据气象分析数据计算表面层高度，利用表面层高度、表面层高度内包含的不同高度处的风速、不同高度处的风速之间的线性插值得到第一计算边界在垂直方向上的对数风廓线；其中，地形网格为根据风电场的地形数据得到的；
第二计算单元，用于对气象分析数据中包含的水平方向上的风速进行插值，通过插值及气象分析数据中包含的水平方向上的风速得到第一计算边界在水平方向上的风速。
本申请实施例提供的一种风电场风资源计算装置，提取模块32还可以包括：
归一化单元，用于在得到对数风廓线之后，对对数风廓线进行归一化处理。
本申请实施例提供的一种风电场风资源计算装置，测风数据为实际测风数据或虚拟测风数据，当测风数据为虚拟测风数据时，还可以包括：
获取虚拟测风数据模块，用于当测风数据为虚拟测风数据时，则在通过计算结果、测风数据及风电场风电机组的机组信息得到风电场风资源计算结果之前，从中尺度气象分析数据中提取指定位置处的风速时间序列、风向时间序列，并将风速时间序列和风向时间序列作为虚拟测风数据。
本申请实施例提供的一种风电场风资源计算装置，中尺度数值模拟模块31可以包括：
数值模拟单元，用于利用WRF-ARW模型对界定区域进行数值模拟。
本申请实施例还提供了一种风电场风资源计算设备，参见图4，其示出了本申请实施例提供的一种风电场风资源计算设备的结构示意图，可以包括：
存储器41，用于存储计算机程序；
处理器42，用于执行上述存储器41存储的计算机程序时可实现如下步骤：
从再分析数据库中获取气象再分析数据，将气象再分析数据作为中尺度WRF模式的背景场，并利用中尺度WRF模式对界定区域进行数值模拟，得到中尺度气象分析数据；其中，界定区域包含风电场区域且大于风电场区域；从中尺度气象分析数据中提取用于供微尺度CFD模型进行模型计算的气象分析数据，并对气象分析数据进行重建，得到重建气象分析数据；将重建气象分析数据作为微尺度CFD模型的入流边界条件，并利用微尺度CFD模型对风电场区域进行数值计算，得到计算结果；利用计算结果、测风数据及风电场中风电机组的机组信息得到风电场风资源计算结果。
本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时可实现如下步骤：
从再分析数据库中获取气象再分析数据，将气象再分析数据作为中尺度WRF模式的背景场，并利用中尺度WRF模式对界定区域进行数值模拟，得到中尺度气象分析数据；其中，界定区域包含风电场区域且大于风电场区域；从中尺度气象分析数据中提取用于供微尺度CFD模型进行模型计算的气象分析数据，并对气象分析数据进行重建，得到重建气象分析数据；将重建气象分析数据作为微尺度CFD模型的入流边界条件，并利用微尺度CFD模型对风电场区域进行数值计算，得到计算结果；利用计算结果、测风数据及风电场中风电机组的机组信息得到风电场风资源计算结果。
该计算机可读存储介质可以包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本申请实施例提供的一种风电场风资源计算装置、设备及计算机可读存储介质中相关部分的说明请参阅本申请实施例提供的一种风电场风资源计算方法中对应部分的详细说明，在此不再赘述。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。另外，本申请实施例提供的上述技术方案中与现有技术中对应技术方案实现原理一致的部分并未详细说明，以免过多赘述。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (7)
1.一种风电场风资源计算方法，其特征在于，包括：
从再分析数据库中获取气象再分析数据，将所述气象再分析数据作为中尺度WRF模式的背景场，并利用所述中尺度WRF模式对界定区域进行数值模拟，得到中尺度气象分析数据；其中，所述界定区域包含风电场区域且大于所述风电场区域；
从所述中尺度气象分析数据中提取用于供微尺度CFD模型进行模型计算的气象分析数据，并对所述气象分析数据进行重建，得到重建气象分析数据；
将所述重建气象分析数据作为所述微尺度CFD模型的入流边界条件，并利用所述微尺度CFD模型对所述风电场区域进行数值计算，得到计算结果；
利用所述计算结果、测风数据及风电场中风电机组的机组信息得到风电场风资源计算结果；
在从所述中尺度气象分析数据中提取用于供微尺度CFD模型进行模型计算的气象分析数据，并对所述气象分析数据进行重建，得到重建气象分析数据之前，还包括：
确定扇区步长，并根据所述扇区步长及360°范围内的风向确定扇区的个数，其中，每个所述扇区对应一个入流风向；
从所述中尺度气象分析数据中提取用于供微尺度CFD模型进行模型计算的气象分析数据，包括：
将所述微尺度CFD模型计算域中的第一计算边界在水平方向上划分为多个边界段；其中，所述第一计算边界为所述计算域中位于所述入流风向的入口位置处的计算边界；
沿所述入流风向的方向选取与所述边界段间隔第一预设距离且与所述边界段等长度的界限作为第一界限，沿所述入流风向的反方向选取与所述边界段间隔第二预设距离且与所述边界段等长度的界限作为第二界限，利用所述第一界限、所述第二界限及与所述边界段相垂直的界限构成封闭的目标区域；
提取位于所述目标区域内的所述中尺度气象分析数据，以得到用于供所述尺度CFD模型进行模型计算的气象分析数据；
对所述气象分析数据进行重建，得到重建气象分析数据，包括：
根据所述气象分析数据计算表面层高度，利用所述表面层高度、所述表面层高度内包含的不同高度处的风速、不同高度处的风速之间的线性插值得到所述第一计算边界在垂直方向上的对数风廓线；
对所述气象分析数据中包含的水平方向上的风速进行插值，通过所述插值及所述气象分析数据中包含的水平方向上的风速得到所述第一计算边界在水平方向上的风速。
2.根据权利要求1所述的风电场风资源计算方法，其特征在于，在得到对数风廓线之后，还包括：
对所述对数风廓线进行归一化处理。
3.根据权利要求1所述的风电场风资源计算方法，其特征在于，所述测风数据为实际测风数据或虚拟测风数据，当所述测风数据为虚拟测风数据时，则在通过所述计算结果、测风数据及风电场风电机组的机组信息得到风电场风资源计算结果之前，还包括：
从所述中尺度气象分析数据中提取指定位置处的风速时间序列、风向时间序列，并将所述风速时间序列和所述风向时间序列作为所述虚拟测风数据。
4.根据权利要求1所述的风电场风资源计算方法，其特征在于，利用所述中尺度WRF模式对界定区域进行数值模拟，包括：
利用WRF-ARW模型对所述界定区域进行数值模拟。
5.一种风电场风资源计算装置，其特征在于，包括：
中尺度数值模拟模块，用于从再分析数据库中获取气象再分析数据，将所述气象再分析数据作为中尺度WRF模式的背景场，并利用所述中尺度WRF模式对界定区域进行数值模拟，得到中尺度气象分析数据；其中，所述界定区域包含风电场区域且大于所述风电场区域；
提取模块，用于从所述中尺度气象分析数据中提取用于供微尺度CFD模型进行模型计算的气象分析数据，并对所述气象分析数据进行重建，得到重建气象分析数据；
微尺度数值模拟模块，用于将所述重建气象分析数据作为所述微尺度CFD模型的入流边界条件，并利用所述微尺度CFD模型对所述风电场区域进行数值计算，得到计算结果；
综合计算模块，用于利用所述计算结果、测风数据及风电场中风电机组的机组信息得到风电场风资源计算结果；
还包括：
确定模块，用于在从所述中尺度气象分析数据中提取用于供微尺度CFD模型进行模型计算的气象分析数据，并对所述气象分析数据进行重建，得到重建气象分析数据之前，确定扇区步长，并根据所述扇区步长及360°范围内的风向确定扇区的个数，其中，每个所述扇区对应一个入流风向；
所述提取模块包括：
划分单元，用于将所述微尺度CFD模型计算域中的第一计算边界在水平方向上划分为多个边界段；其中，所述第一计算边界为所述计算域中位于所述入流风向的入口位置处的计算边界；
选取单元，用于沿所述入流风向的方向选取与所述边界段间隔第一预设距离且与所述边界段等长度的界限作为第一界限，沿所述入流风向的反方向选取与所述边界段间隔第二预设距离且与所述边界段等长度的界限作为第二界限，利用所述第一界限、所述第二界限及与所述边界段相垂直的界限构成封闭的目标区域；
提取单元，用于提取位于所述目标区域内的所述中尺度气象分析数据，以得到用于供所述尺度CFD模型进行模型计算的气象分析数据；
第一计算单元，用于根据所述气象分析数据计算表面层高度，利用所述表面层高度、所述表面层高度内包含的不同高度处的风速、不同高度处的风速之间的线性插值得到所述第一计算边界在垂直方向上的对数风廓线；
第二计算单元，用于对所述气象分析数据中包含的水平方向上的风速进行插值，通过所述插值及所述气象分析数据中包含的水平方向上的风速得到所述第一计算边界在水平方向上的风速。
6.一种风电场风资源计算设备，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至4任一项所述的风电场风资源计算方法的步骤。
7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任一项所述的风电场风资源计算方法的步骤。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910854794.0A CN110533347B (zh) | 2019-09-10 | 2019-09-10 | 一种风电场风资源计算方法、装置、设备及可读介质 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910854794.0A CN110533347B (zh) | 2019-09-10 | 2019-09-10 | 一种风电场风资源计算方法、装置、设备及可读介质 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110533347A CN110533347A (zh) | 2019-12-03 |
| CN110533347B true CN110533347B (zh) | 2023-04-18 |
Family
ID=68668095
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910854794.0A Active CN110533347B (zh) | 2019-09-10 | 2019-09-10 | 一种风电场风资源计算方法、装置、设备及可读介质 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110533347B (zh) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021192185A1 (ja) * | 2020-03-26 | 2021-09-30 | 株式会社日立製作所 | 無人飛行体制御支援システム及び無人飛行体制御支援方法 |
| CN111651896B (zh) * | 2020-06-18 | 2021-08-24 | 浙江理工大学 | 一种基于实际风速及实际复杂地形的风电场流场计算方法 |
| CN111881568A (zh) * | 2020-07-22 | 2020-11-03 | 旻投(上海)数据科技有限公司 | 一种提高风功率预测精度的方法及系统 |
| CN112632792B (zh) * | 2020-12-30 | 2022-03-04 | 中交第一航务工程局有限公司 | 一种基于实测数据和数值模拟的近岸波浪再分析模拟系统 |
| CN112685977B (zh) * | 2021-01-14 | 2023-12-08 | 国家气候中心 | 风电场风资源非定常数值模拟方法和装置 |
| CN113158598B (zh) * | 2021-05-11 | 2022-12-13 | 华能陇东能源有限责任公司 | 基地型风电场流场cfd分区计算方法、装置、设备和介质 |
| CN113868970B (zh) * | 2021-08-13 | 2022-09-13 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种基于数值仿真模型及中尺度气象模式的机场区域多源风场融合方法 |
| CN116167655B (zh) * | 2023-02-14 | 2024-02-23 | 中节能风力发电股份有限公司 | 基于雷达短期补充测风的发电量评估方法、系统及介质 |
| CN117217424B (zh) * | 2023-11-07 | 2024-02-13 | 长江三峡集团实业发展(北京)有限公司 | 海上风电场的理论发电量快速评估系统构建方法及装置 |
| CN117852448B (zh) * | 2024-03-05 | 2024-05-14 | 南京航空航天大学 | 一种基于区域分解的大规模风电场流场计算方法和装置 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103778572A (zh) * | 2014-02-24 | 2014-05-07 | 南方电网科学研究院有限责任公司 | 一种基于wrf模式的海上风资源评估方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103886513B (zh) * | 2014-02-25 | 2017-06-16 | 国家电网公司 | 一种风电场微观选址用地表粗糙度变化模型的建模方法 |
| CN104331621B (zh) * | 2014-11-05 | 2017-11-28 | 中国大唐集团新能源股份有限公司 | 一种风资源计算方法 |
| CN106250656A (zh) * | 2016-08-23 | 2016-12-21 | 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 | 一种结合大数据的复杂地形风电场设计平台及方法 |
| CN109583096A (zh) * | 2018-12-03 | 2019-04-05 | 华润电力技术研究院有限公司 | 一种基于中尺度模型和微尺度模型结合的风资源计算方法 |
| CN110135618B (zh) * | 2019-04-01 | 2021-07-09 | 北京观详光电技术有限公司 | 一种风廓线数据预测方法 |
-
2019
- 2019-09-10 CN CN201910854794.0A patent/CN110533347B/zh active Active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103778572A (zh) * | 2014-02-24 | 2014-05-07 | 南方电网科学研究院有限责任公司 | 一种基于wrf模式的海上风资源评估方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110533347A (zh) | 2019-12-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110533347B (zh) | 一种风电场风资源计算方法、装置、设备及可读介质 | |
| Ali et al. | Statistical analysis of wind characteristics using Weibull and Rayleigh distributions in Deokjeok-do Island–Incheon, South Korea | |
| Gugliani et al. | New methods to assess wind resources in terms of wind speed, load, power and direction | |
| Pookpunt et al. | Design of optimal wind farm configuration using a binary particle swarm optimization at Huasai district, Southern Thailand | |
| Creech et al. | Simulations of an offshore wind farm using large-eddy simulation and a torque-controlled actuator disc model | |
| Li et al. | A physical approach of the short-term wind power prediction based on CFD pre-calculated flow fields | |
| Satyanarayana et al. | Regional frequency analysis of precipitation using large‐scale atmospheric variables | |
| CN112348292B (zh) | 一种基于深度学习网络的短期风电功率预测方法和系统 | |
| Peters et al. | Thermal chains and entrainment in cumulus updrafts. Part II: Analysis of idealized simulations | |
| Sarkar et al. | Predicting future changes in temperature and precipitation in arid climate of Kutch, Gujarat: analyses based on LARS-WG model | |
| CN110347671B (zh) | 构建海上风能数据资料库及海上风能发电量数据库的方法 | |
| CN112700349A (zh) | 测风塔选址方法和装置 | |
| CN108932554B (zh) | 一种风电场流场量测点的配置优化方法及装置 | |
| Cheng et al. | Wind resource assessment at mountainous wind farm: Fusion of RANS and vertical multi-point on-site measured wind field data | |
| CN110765640B (zh) | 一种转子有效风速的计算方法、系统及设备 | |
| Jin et al. | Integration of atmospheric stability in wind resource assessment through multi-scale coupling method | |
| Albani et al. | Wind shear data at two different terrain types | |
| Sveinbjornsson | Analysis of WAsP (Wind Atlas Analysis and Application Program) in complex topographical conditions using measured production from a large scale wind farm. | |
| CN114841077A (zh) | 一种风电功率预测方法、装置、介质 | |
| CN115983104A (zh) | 风速预测方法、装置、存储介质和电子设备 | |
| CN115270065A (zh) | 一种基于海上风电场scada运行数据的风电机组局地有效湍流强度计算方法 | |
| Hacène et al. | Development of a simulation model for a three-dimensional wind velocity field using Ténès Algeria as a case study | |
| Anning et al. | Effects of the physical process ensemble technique on simulation of summer precipitation over China | |
| Toledo et al. | A surface wind speed map for Mexico based on NARR and observational data | |
| CN110299710A (zh) | 一种风电场接入电网的随机潮流计算方法及装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |