CN112685977B - 风电场风资源非定常数值模拟方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种风电场风资源非定常数值模拟方法，包括：采用中尺度模式模拟选址区域的历史气象要素场，得到所述选址区域的历史气象要素场的中尺度数值模拟数据；并获取所述选址区域在不同气象组合条件下的气候平均风廓线；基于所述气候平均风廓线作为入口条件进行流场模拟计算，得到与所述不同气象组合条件下对应的CFD计算流场；采用中尺度模式模拟选址区域的观测同期气象要素场，得到所述选址区域的观测同期气象要素场的中尺度数值模拟数据；并获取所述观测同期内每个单位时间的气象组合条件，并基于所述每个单位时间的气象组合条件获取每个单位时间对应的非定常CFD计算流场。本公开能够满足风电场选址工程设计需求。
Description
技术领域
本公开涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种风电场风资源非定常数值模拟方法和装置，以及计算机装置和可读存储介质。
背景技术
风电场选址风能资源评估需要精细化到水平分辨率高于50m×50m的流场计算，CFD(Computation Fluid Dynamics，计算流体力学)模式可以实现如此高分辨率的流场数值模拟，但是CFD模式的有限元求解方法只能模拟得到稳态的流场，无法实现非定常流场的数值模拟。中尺度气象模式采用差分求解，可以实现非定常流场数值模拟，但是模式水平分辨率低于3km×3km时的计算精度和时效都不能保证。因此，近几年中尺度模式与CFD模式耦合算法成为风电场风资源精细化评估技术的突破点。例如，美国能源署“Atmosphere toElectrons(A2e)”研究计划(2015-2021年)中设立了“中尺度与微尺度耦合研究”项目(2015-2019年)；欧盟“New European wind Atlas(NEWA)”研究计划(2015-2020年)中的第三专题目标是多尺度耦合模式系统平台建设。
欧美研究技术支持下发展的流场多尺度耦合数值模拟方法都还处于数值实验研究阶段，与风电场选址工程设计应用还有相当大的距离，美国能源署A2e研究计划研究得到了采用中尺度模式驱动大涡模拟(WRF-LES)为CFD模式提供湍流入口参数的中微尺度耦合方法，但是WRF-LES模式和CFD模式的计算都很耗时，A2e成果中也只是通过个例模拟研究说明WRF-LES的湍流驱动场对CFD流场计算的作用；欧盟NEWA研究计划发展了中尺度模式WRF与CFD模式离线耦合的模式链，模式链的计算同样十分耗时，该项目只是用于在4个典型地形观测实验中选出的个例进行模拟研究，研究表明中尺度数值模拟驱动的流场CFD计算比采用理想入口条件获得的流场更准确。
也就是说，在目前研究的风电场选址中，首先，由于中尺度模式方程及其求解方法与CFD模式完全不同，中尺度模拟逐时输出的气象和风环境变量不完全满足CFD计算求解收敛的约束条件，容易导致CFD计算不收敛；其次，CFD计算非常耗时，而且得到的是稳态流场，没有时间变化，计算耗时至少一年，不能满足风电场选址工程设计需求。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提出一种风电场风资源非定常数值模拟方法和装置，以及计算机装置和可读存储介质，其能够满足风电场选址工程设计所需的计算时效。
本公开的第一方面提供了一种风电场风资源非定常数值模拟方法，该方法包括：
采用中尺度模式模拟选址区域的历史气象要素场，得到选址区域的历史气象要素场的中尺度数值模拟数据；
根据选址区域的历史气象要素场的中尺度数值模拟数据，获取选址区域在不同气象组合条件下的气候平均风廓线；
基于选址区域在不同气象组合条件下的气候平均风廓线作为入口条件进行流场模拟计算，得到与不同气象组合条件下对应的CFD计算流场；
采用中尺度模式模拟选址区域的观测同期气象要素场，得到选址区域的观测同期气象要素场的中尺度数值模拟数据；
根据观测同期气象要素场的中尺度数值模拟数据，获取所述观测同期内每个单位时间的气象组合条件，并基于每个单位时间的气象组合条件获取每个单位时间对应的非定常CFD计算流场。
可选地，采用中尺度模式模拟选址区域的历史气象要素场，得到选址区域的历史气象要素场的中尺度数值模拟数据，包括：
获取选址区域的历史气象数据和地形图数据；历史气象数据包括历史全球大气环流模式数据和历史气象观测数据；
设置地形图数据的中尺度模式的水平方向分辨率、垂直方向分辨率和时间分辨率，得到选址区域的历史气象要素场的中尺度数值模拟数据；
中尺度数值模拟数据包括三维要素和地面要素，三维要素包括风速、气压、温度和湿度，地面要素包括风速、温度、气压、湿度、感热通量、摩擦速度和粗糙度长度。
可选地，不同气象组合条件包括大气稳定度和风向组合。
可选地，大气稳定度包括稳定、弱稳定、中性、弱不稳定和不稳定5个等级；风向包括N个方向。
可选地，大气稳定度等级为根据莫宁-奥布霍夫长度进行划分。
可选地，获得所述选址区域在不同气象组合条件下的气候平均风廓线，包括：
将中尺度模式的网格点上设置的垂直方向的高度层的风速通过线性插值到选址区域的垂直方向一定范围内的预设的高度层中，得到风廓线；
将风廓线中属于气象组合条件下的所述风廓线进行统计平均，得到选址区域的不同气象组合条件下的气候平均风廓线。
可选地，方法还包括：根据多源观测数据，对所述获取每个单位时间对应的非定常CFD计算流场进行修正，得到选址区域的非定常CFD计算流场，多源观测数据包括选址区域的测风塔和激光雷达观测数据。
本公开的第二方面提供了一种风电场风资源非定常数值模拟装置，装置包括：
第一模拟模块，用于采用中尺度模式模拟选址区域的历史气象要素场，得到选址区域的历史气象要素场的中尺度数值模拟数据；
风廓线获取模块，用于根据选址区域的历史气象要素场的中尺度数值模拟数据，获取选址区域在不同气象组合条件下的气候平均风廓线；
计算模块，用于基于选址区域在不同气象组合条件下的气候平均风廓线作为入口条件进行流场模拟计算，得到与不同气象组合条件下对应的CFD计算流场；
第二模拟模块，用于采用中尺度模式模拟选址区域的观测同期气象要素场，得到选址区域的观测同期气象要素场的中尺度数值模拟数据；
非定常流场获取模块，用于根据观测同期气象要素场的中尺度数值模拟数据，获取观测同期内每个单位时间的气象组合条件，并基于每个单位时间的气象组合条件获取每个单位时间对应的非定常CFD计算流场。
本公开的第三方面提供了一种计算机装置，计算机装置包括处理器，处理器用于执行存储器中存储的计算机程序时实现上述方法的步骤。
本公开的第四方面提供了一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述可读存储介质包括：所述计算机程序被处理器质性时实现如上述方法的步骤。
本公开实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
采用本公开提供的技术方案，采用中尺度模式模拟选址区域的历史气象要素场，得到所述选址区域的历史气象要素场的中尺度数值模拟数据；根据所述选址区域的历史气象要素场的中尺度数值模拟数据，获取所述选址区域在不同气象组合条件下的气候平均风廓线；基于所述选址区域在不同气象组合条件下的气候平均风廓线作为入口条件进行流场模拟计算，得到与所述不同气象组合条件下对应的CFD计算流场；采用中尺度模式模拟选址区域的观测同期气象要素场，得到所述选址区域的观测同期气象要素场的中尺度数值模拟数据；根据所述观测同期气象要素场的中尺度数值模拟数据，获取所述观测同期内每个单位时间的气象组合条件，并基于所述每个单位时间的气象组合条件获取每个单位时间对应的非定常CFD计算流场。这使得本领域技术人员在CFD流场计算时保证计算的收敛性，并通过有限数量的CFD稳态流场的计算，获得了具有时间变化的风电场精细化流场，满足风电场选址工程设计所需的计算时效。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
为了更清楚地说明本公开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，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本公开实施例一提供的一种风电场风资源非定常数值模拟方法的流程图；
图2为本公开实施例二提供的一种风电场风资源非定常数值模拟装置的结构图；
图3为本公开实施例三提供的一种计算机装置的示意图；
图4为本公开实施例中提供的一种不同气象组合的示意图；
图5为本公开实施例中提供的一种大气稳定度等级划分的示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例一
图1为本公开实施例一提供的一种风电场风资源非定常数值模拟方法的流程图。如图1所示，该方法具体包括以下步骤：
步骤101：采用中尺度模式模拟选址区域的历史气象要素场，得到选址区域的历史气象要素场的中尺度数值模拟数据。
在本实施例中，采用中尺度模式模拟选址区域的历史气象要素场，得到选址区域的历史气象要素场的中尺度数值模拟数据，包括：获取选址区域的历史气象数据和地形图数据；历史气象数据包括历史全球大气环流模式数据和历史气象观测数据；设置地形图数据的中尺度模式的水平方向分辨率、垂直方向分辨率和时间分辨率，得到选址区域的历史气象要素场的中尺度数值模拟数据；中尺度数值模拟数据包括三维要素和地面要素，三维要素包括风速、气压、温度和湿度，地面要素包括风速、温度、气压、湿度、感热通量、摩擦速度和粗糙度长度。
具体的，在本实施例中采用中尺度模式模拟风电场所在区域近10年的气象要素场，此步骤用户可以自己运行中尺度模式，也可以获取公开的或商业的中尺度数值模拟数据。输入选址区域的历史气象数据和地形图数据，历史气象数据包括历史全球大气环流模式数据和历史气象观测数据，数据要求水平方向分辨率为不低于15km×15km，垂直方向分辨率为自地面至100hpa共36层且200m高度内至少9层，时间分辨率为1h；得到的中尺度数值模拟数据的变量包括三维要素和地面要素，三维要素包括风速、气压、温度和湿度，地面要素包括温度、气压、湿度、感热通量、摩擦速度和粗糙度长度。
步骤102：根据所述选址区域的历史气象要素场的中尺度数值模拟数据，获取选址区域在不同气象组合条件下的气候平均风廓线。
在本实施例中，所述不同气象组合条件包括大气稳定度和/或风向组合；大气稳定度包括稳定、弱稳定、中性、弱不稳定和不稳定5个等级；风向包括N个方向；大气稳定度等级为根据莫宁-奥布霍夫长度进行划分。
具体的，在本实施例中将大气稳定度分为5个等级：稳定、弱稳定、中性、弱不稳定和不稳定；将风向等分为16个方向，间隔为22.5度；共得到80类组合，如图4所示；
大气稳定度等级根据莫宁-奥布霍夫长度(M-O长度)进行划分，稳定：0<L≤150，弱稳定：150<L≤500，中性：L>500或L<-500，弱不稳定：-500≤L<-150，不稳定：-150≤L<0，如图5所示。M-O长度根据中尺度数值模拟气象要素直接计算可得：
其中，L为M-O长度，k为冯卡门常数，本实施例中取0.4，g为重力加速度，为地面位温，u*为摩擦速度，/>为感热通量，T*为湍流时间尺度。
在本实施例中，获取所述选址区域在不同气象组合条件下的气候平均风廓线，包括：将中尺度模式的网格上设置的垂直方向的高度层的风速通过线性插值到选址区域的垂直方向一定范围内的预设的高度层中，得到风廓线；将风廓线中属于气象组合条件下的风廓线进行统计平均，得到选址区域的不同气象组合条件下的气候平均风廓线。
具体的，在本实施例中计算拟建风电场区及周边覆盖到的中尺度模式网格点上气候平均风廓线。将中尺度模式网格点的垂直方向36层风速通过上下层线性插值到10m至3km范围的40个高度层，即得到风廓线；将属于同类大气稳定度和风向组合中的风廓线进行统计平均，得到该类别的气候平均风廓线。
步骤103：基于选址区域在不同气象组合条件下的气候平均风廓线作为入口条件进行流场模拟计算，得到与不同气象组合条件下对应的CFD计算流场。
具体的，在本实施例中的CFD模式设置时，选择包含大气稳定度作用的湍流模型，并在CFD模拟计算时，将得到的不同类别的气候平均风廓线作为CFD计算的入口条件，逐一进行CFD计算，此时的水平分辨率和垂直分辨率可以根据工程设计需要对CFD模式进行设置，最终得到不同类的风电场CFD计算流场。本实施例中根据不同风向选择拟建风电场上风方向中尺度网格点上的气候平均风廓线作为入口条件，即100m风向处。
本公开采用大气稳定度和风向进行联合分类组合，将全年8760小时的CFD计算入口条件转换成80类，大大减小了计算量；根据80类大气稳定度和风向组合对历史10年的中尺度数值模拟气象要素进行分类，对同类组合中的中尺度数值模拟风廓线求平均，得到各类气候平均风廓线作为CFD计算的入口条件，这样既解决了数值模拟瞬时风场驱动CFD计算容易造成计算不收敛的问题，也可以得到代表气候平均态的风电场风资源分布。
步骤104：采用中尺度模式模拟选址区域的观测同期气象要素场，得到选址区域的观测同期气象要素场的中尺度数值模拟数据。
具体的，在本实施例中，采用与步骤101中相同的设置中尺度模式的水平方向分辨率不低于15km×15km、垂直方向分辨率为垂直方向200m高度范围内不少于9层和时间分辨率为1h，进行风电场区与实际观测同期的中尺度数值模拟，并输出中尺度数值模拟数据的变量三维要素和地面要素。
步骤105：根据观测同期气象要素场的中尺度数值模拟数据，获取观测同期内每个单位时间的气象组合条件，并基于每个单位时间的气象组合条件获取每个单位时间对应的非定常CFD计算流场。
具体的，在本实施例中，根据步骤104得到的中尺度数值模拟数据的变量，将其按照M-O长度的计算公式得到M-O长度，根据其M-O长度判断大气稳定度，从而获取到每个单位时间的气象组合条件，依次从步骤103中得到的历史不同气象组合条件下对应的CFD计算流场中抽取与观测同期中对应的组合的CFD计算流场，组成与观测同期的单位时间间隔的风电场时间序列的非定常CFD计算流场，此时的单位时间可以是1h。
在本实施例中，方法还包括：根据多源观测数据，对获取每个单位时间对应的非定常CFD计算流场进行修正，得到选址区域的非定常CFD计算流场，多源观测数据包括所述选址区域的测风塔和激光雷达观测数据。
具体的，在本实施例中，根据拟建风电场区内所有的测风塔和激光雷达观测数据，采用集合卡尔曼滤波或机器学习方法，对得到的时间序列非定常CFD计算流场进行修正，最终得到可用于风电场选址工程设计的、具有时间变化的风电场非定常CFD计算流场。
本公开进行与实际观测同期的中尺度数值模拟，得到全年8760小时的逐小时大气稳定度和风向，据此找出对应大气稳定度和风向组合的CFD计算流场，建立全年小时时间序列的非定常CFD计算流场，之后基于同期时间序列测风塔和激光雷达数据就可以采用集合卡尔曼滤波或机器学习等方法进行统计修正，最终获得风电场风资源非定常数值模拟结果，满足风电场选址工程设计需求。
实施例二
图2为本公开实施例二提供的一种风电场风资源非定常数值模拟装置的结构图。所述装置可以包括第一模拟模块201、轮廓线获取模块202、计算模块203、第二模拟模块204和流场获取模块205。
第一模拟模块201，用于采用中尺度模式模拟选址区域的历史气象要素场，得到选址区域的历史气象要素场的中尺度数值模拟数据；
在本实施例中，采用中尺度模式模拟选址区域的历史气象要素场，得到选址区域的历史气象要素场的中尺度数值模拟数据，包括：获取选址区域的历史气象数据和地形图数据；历史气象数据包括历史全球大气环流模式数据和历史气象观测数据；设置地形图数据的中尺度模式的水平方向分辨率、垂直方向分辨率和时间分辨率，得到选址区域的历史气象要素场的中尺度数值模拟数据；中尺度数值模拟数据包括三维要素和地面要素，三维要素包括风速、气压、温度和湿度，地面要素包括风速、温度、气压、湿度、感热通量、摩擦速度和粗糙度长度。
具体的，在本实施例中采用中尺度模式模拟风电场所在区域近10年的气象要素场，此步骤用户可以自己运行中尺度模式，也可以获取公开的或商业的中尺度数值模拟数据。输入选址区域的历史气象数据和地形图数据，历史气象数据包括历史全球大气环流模式数据和历史气象观测数据，数据要求水平方向分辨率为不低于15km×15km，垂直方向分辨率为自地面至100hpa共36层且200m高度内至少9层，时间分辨率为1h；得到的中尺度数值模拟数据的变量包括三维要素和地面要素，三维要素包括风速、气压、温度和湿度，地面要素包括温度、气压、湿度、感热通量、摩擦速度和粗糙度长度。
风廓线获取模块202，用于根据选址区域的历史气象要素场的中尺度数值模拟数据，获取选址区域在不同气象组合条件下的气候平均风廓线；
在本实施例中，不同气象组合条件包括大气稳定度和风向组合；大气稳定度包括稳定、弱稳定、中性、弱不稳定和不稳定5个等级；风向包括N个方向；所述大气稳定度等级为根据莫宁-奥布霍夫长度进行划分。
具体的，在本实施例中将大气稳定度分为5个等级：稳定、弱稳定、中性、弱不稳定和不稳定；将风向等分为16个方向，间隔为22.5度；共得到80类组合，如图4所示；
大气稳定度等级根据莫宁-奥布霍夫长度(M-O长度)进行划分，稳定：0<L≤150，弱稳定：150<L≤500，中性：L>500或L<-500，弱不稳定：-500≤L<-150，不稳定：-150≤L<0，如图5所示。M-O长度根据中尺度数值模拟气象要素直接计算可得：
其中，L为M-O长度，k为冯卡门常数，本实施例中取0.4，g为重力加速度，为地面位温，u*为摩擦速度，/>为感热通量，T*为湍流时间尺度。
在本实施例中，获取所述选址区域在不同气象组合条件下的气候平均风廓线，包括：将中尺度模式的网格上设置的垂直方向的高度层的风速通过线性插值到选址区域的垂直方向一定范围内的预设的高度层中，得到风廓线；将风廓线中属于气象组合条件下的所述风廓线进行统计平均，得到选址区域的不同气象组合条件下的气候平均风廓线。
具体的，在本实施例中计算拟建风电场区及周边覆盖到的中尺度模式网格点上气候平均风廓线。将中尺度模式网格点的垂直方向36层风速通过上下层线性插值到10m至3km范围的40个高度层，即得到风廓线；将属于同类大气稳定度和风向组合中的风廓线进行统计平均，得到该类别的气候平均风廓线。
计算模块203，用于基于选址区域在不同气象组合条件下的气候平均风廓线作为入口条件进行流场模拟计算，得到与不同气象组合条件下对应的CFD计算流场；
具体的，在本实施例中的CFD模式设置时，选择包含大气稳定度作用的湍流模型，并在CFD模拟计算时，将得到的不同类别的气候平均风廓线作为CFD计算的入口条件，逐一进行CFD计算，此时的水平分辨率和垂直分辨率可以根据工程设计需要对CFD模式进行设置，最终得到不同类的风电场CFD计算流场。本实施例中根据不同风向选择拟建风电场上风方向中尺度网格点上的气候平均风廓线作为入口条件，即100m风向处。
本公开采用大气稳定度和风向进行联合分类组合，将全年8760小时的CFD计算入口条件转换成80类，大大减小了计算量；根据80类大气稳定度和风向组合对历史10年的中尺度数值模拟气象要素进行分类，对同类组合中的中尺度数值模拟风廓线求平均，得到各类气候平均风廓线作为CFD计算的入口条件，这样既解决了数值模拟瞬时风场驱动CFD计算容易造成计算不收敛的问题，也可以得到代表气候平均态的风电场风资源分布。
第二模拟模块204，用于采用中尺度模式模拟选址区域的观测同期气象要素场，得到选址区域的观测同期气象要素场的中尺度数值模拟数据；
具体的，在本实施例中，采用与第一模拟模块201中相同的设置中尺度模式的水平方向分辨率不低于15km×15km、垂直方向分辨率为垂直方向200m高度范围内不少于9层和时间分辨率为1h，进行风电场区与实际观测同期的中尺度数值模拟，并输出中尺度数值模拟数据的变量三维要素和地面要素。
非定常流场获取模块205，用于根据观测同期气象要素场的中尺度数值模拟数据，获取观测同期内每个单位时间的气象组合条件，并基于每个单位时间的气象组合条件获取每个单位时间对应的非定常CFD计算流场。
具体的，在本实施例中，根据第二模拟模块204得到的中尺度数值模拟数据的变量，将其按照M-O长度的计算公式得到M-O长度，根据其M-O长度判断大气稳定度，从而获取到每个单位时间的气象组合条件，依次从计算模块203中得到的历史不同气象组合条件下对应的CFD计算流场中抽取与观测同期中对应的组合的CFD计算流场，组成与观测同期的单位时间间隔的风电场时间序列的非定常CFD计算流场，此时的单位时间可以是1h。
在本实施例中，所述装置还可以包括：
修正模块，根据多源观测数据，对获取每个单位时间对应的非定常CFD计算流场进行修正，得到选址区域的非定常CFD计算流场，多源观测数据包括选址区域的测风塔和激光雷达观测数据。
具体的，在本实施例中，根据拟建风电场区内所有的测风塔和激光雷达观测数据，采用集合卡尔曼滤波或机器学习方法，对得到的时间序列非定常CFD计算流场进行修正，最终得到可用于风电场选址工程设计的、具有时间变化的风电场非定常CFD计算流场。
本公开进行与实际观测同期的中尺度数值模拟，得到全年8760小时的逐小时大气稳定度和风向，据此找出对应大气稳定度和风向组合的CFD计算流场，建立全年小时时间序列的CFD计算流场，之后基于同期时间序列测风塔和激光雷达数据就可以采用集合卡尔曼滤波或机器学习等方法进行统计修正，最终获得风电场风资源非定常数值模拟结果，满足风电场选址工程设计需求。
实施例三
图3为本发明实施例三提供的一种计算机装置的示意图。该实施例的计算机装置包括：处理器301、存储器302以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，例如第一实施例中风电场风资源非定常数值模拟方法对应的程序。处理器执行所述计算机程序时实现上述第一实施例中风电场风资源非定常数值模拟方法中的步骤，例如图1所示的步骤101～步骤105。或者，处理器执行所述计算机程序时实现上述第二实施例的风电场风资源非定常数值模拟装置中各模块/单元的功能，例如图2所示的第一模拟模块201、轮廓线获取模块202、计算模块203、第二模拟模块204和流场获取模块205的功能。
示例性的，计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，一个或者多个模块/单元被存储在存储器中，并由处理器执行，以完成本发明。一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述计算机程序在计算机装置中的执行过程。例如，计算机程序可以被分割成第一模拟模块、轮廓线获取模块、计算模块、第二模拟模块和流场获取模块的功能，各模块的具体功能如下：
第一模拟模块，用于采用中尺度模式模拟选址区域的历史气象要素场，得到选址区域的历史气象要素场的中尺度数值模拟数据；
风廓线获取模块，用于根据选址区域的历史气象要素场的中尺度数值模拟数据，获取选址区域在不同气象组合条件下的气候平均风廓线；
计算模块，用于基于选址区域在不同气象组合条件下的气候平均风廓线作为入口条件进行流场模拟计算，得到与不同气象组合条件下对应的CFD计算流场；
第二模拟模块，用于采用中尺度模式模拟选址区域的观测同期气象要素场，得到选址区域的观测同期气象要素场的中尺度数值模拟数据；
非定常流场获取模块，用于根据观测同期气象要素场的中尺度数值模拟数据，获取观测同期内每个单位时间的气象组合条件，并基于每个单位时间的气象组合条件获取每个单位时间对应的非定常CFD计算流场。
计算机装置可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。计算机装置可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，示意图3仅仅是计算机装置的示例，并不构成对计算机装置的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如计算机装置还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
处理器301可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，处理器是计算机装置的控制中心，利用各种接口和线路连接整个计算机装置的各个部分。
存储器302可用于存储计算机程序和/或模块，处理器通过运行或执行存储在存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现计算机装置的各种功能。存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(SmartMedia Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
本发明实现上述第一实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
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、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、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。
以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的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公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所述的这些实施例，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 (8)
1.一种风电场风资源非定常数值模拟方法，其特征在于，包括：
采用中尺度模式模拟选址区域的历史气象要素场，得到所述选址区域的历史气象要素场的中尺度数值模拟数据，其中，所述历史气象要素场的气象要素包括三维要素和地面要素，所述三维要素包括风速、气压、温度和湿度，所述地面要素包括风速、温度、气压、湿度、感热通量、摩擦速度和粗糙度长度；
根据所述选址区域的历史气象要素场的中尺度数值模拟数据，获取所述选址区域在不同气象组合条件下的气候平均风廓线，其中，所述不同气象组合条件包括大气稳定度和风向组合，所述大气稳定度包括稳定、弱稳定、中性、弱不稳定和不稳定5个等级，所述风向包括16个方向，相邻两个方向间隔为22.5度；
基于所述选址区域在不同气象组合条件下的气候平均风廓线作为入口条件进行流场模拟计算，得到与所述不同气象组合条件下对应的CFD计算流场；
采用中尺度模式模拟选址区域的观测同期气象要素场，得到所述选址区域的观测同期气象要素场的中尺度数值模拟数据；
根据所述观测同期气象要素场的中尺度数值模拟数据，获取所述观测同期内每个单位时间的气象组合条件，并基于所述每个单位时间的气象组合条件获取每个单位时间对应的非定常CFD计算流场。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用中尺度模式模拟选址区域的历史气象要素场，得到所述选址区域的历史气象要素场的中尺度数值模拟数据，包括：
获取所述选址区域的历史气象数据和地形图数据；所述历史气象数据包括历史全球大气环流模式数据和历史气象观测数据；
设置所述地形图数据的中尺度模式的水平方向分辨率、垂直方向分辨率和时间分辨率，得到所述选址区域的历史气象要素场的中尺度数值模拟数据；
所述中尺度数值模拟数据包括三维要素和地面要素，所述三维要素包括风速、气压、温度和湿度，所述地面要素包括风速、温度、气压、湿度、感热通量、摩擦速度和粗糙度长度。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述大气稳定度等级为根据莫宁-奥布霍夫长度进行划分。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述选址区域在不同气象组合条件下的气候平均风廓线，包括：
将所述中尺度模式的网格点上设置的垂直方向的高度层的风速通过线性插值到所述选址区域的垂直方向一定范围内的预设的高度层中，得到风廓线；
将所述风廓线中属于所述气象组合条件下的所述风廓线进行统计平均，得到所述选址区域的不同气象组合条件下的气候平均风廓线。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
根据多源观测数据，对所述获取每个单位时间对应的非定常CFD计算流场进行修正，得到选址区域的非定常CFD计算流场，所述多源观测数据包括所述选址区域的测风塔和激光雷达观测数据。
6.一种风电场风资源非定常数值模拟装置，其特征在于，包括：
第一模拟模块，用于采用中尺度模式模拟选址区域的历史气象要素场，得到所述选址区域的历史气象要素场的中尺度数值模拟数据，其中，所述历史气象要素场的气象要素包括三维要素和地面要素，所述三维要素包括风速、气压、温度和湿度，所述地面要素包括风速、温度、气压、湿度、感热通量、摩擦速度和粗糙度长度；
风廓线获取模块，用于根据所述选址区域的历史气象要素场的中尺度数值模拟数据，获取所述选址区域在不同气象组合条件下的气候平均风廓线，其中，所述不同气象组合条件包括大气稳定度和风向组合，所述大气稳定度包括稳定、弱稳定、中性、弱不稳定和不稳定5个等级，所述风向包括16个方向，相邻两个方向间隔为22.5度；
计算模块，用于基于所述选址区域在不同气象组合条件下的气候平均风廓线作为入口条件进行流场模拟计算，得到与所述不同气象组合条件下对应的CFD计算流场；
第二模拟模块，用于采用中尺度模式模拟选址区域的观测同期气象要素场，得到所述选址区域的观测同期气象要素场的中尺度数值模拟数据；
非定常流场获取模块，用于根据所述观测同期气象要素场的中尺度数值模拟数据，获取所述观测同期内每个单位时间的气象组合条件，并基于所述每个单位时间的气象组合条件获取每个单位时间对应的非定常CFD计算流场。
7.一种计算机装置，其特征在于，包括：所述计算机装置包括处理器，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机程序时实现如权利要求1-5中任一项所述方法的步骤。
8.一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，包括：所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-5中任一项所述方法的步骤。
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