CN116861705A - 基于计算机模拟的风电场噪声和光影影响分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及噪声和光影计算机分析技术领域，公开了一种基于计算机模拟的风电场噪声和光影影响分析方法，所述风电场噪声和光影影响分析步骤包括构建风电场噪声和光影分析系统、统计各参数数据、根据不同地区查看并计算结果、绘制风机光影和噪声影响范围图、初步布置风机和确定风机位置；本发明通过通过将噪声和光影分析结合起来，避免了用不同软件或模块计算导致的大量工作，光影计算模块不仅可计算冬至日风机光影，还可计算全年任意一天的光影，解决不同地区环评计算方法的不同的问题；以及超前分析，为风资源专业人员提供超前的技术支持，指导风机布置，避让敏感因素，避免后期因噪声和光影影响导致的设计返工。
Description
技术领域
本发明涉及噪声和光影计算机分析技术领域，更具体地说是一种基于计算机模拟的风电场噪声和光影影响分析方法。
背景技术
风电作为一种清洁能源，目前在我国被广泛推广应用，是我国的多样能源发展的重要措施之一，目前风电机组在风力的作用下转动进行发电时，风机叶片、发电机组等部件在运行时会产生不可避免的噪声，同时由于风机叶片不停的转动，叶片所产生的光影也不断地在观察者所处的位置闪过，出现光影闪变效应，因此在风电场建设之初，便需要对风电场运行所产生的噪声以及光影闪变效应进行预测评估，从而在风电场建设之初便降低噪声和光影对周围环境的影响。
目前中国专利中公开了一种风电场噪声预测方法、装置及系统（公告号为CN111126651B），其技术方案包括：实时采集风电场中的对噪声检测点噪声有影响的至少一个风力发电机组的机位点处的风速；根据噪声声功率等级数据库和机组数据库，来分别计算所述至少一个风力发电机组中的每一个风力发电机组在所述采集的风速下的噪声声功率等级；根据风电场噪声传播数据库来分别计算所述每一个风力发电机组在所述采集的风速下的噪声传播损耗值；使用所述每一个风力发电机组的噪声声功率等级和噪声传播损耗值来计算噪声检测点处的总噪声声压等级；上述方案虽然实现了风电场噪声的预测，但是通过对每一个风电机组进行检测，构建风电场模型对噪声进行预测，程序较为繁琐；
同时中国专利中还公开了一种风电场光影评估方法、装置和系统（公告号为CN105673359A），其技术方案包括：获取风电场的气象信息；根据风电场的气象信息判断风电场内的风电机组是否产生光，第一实时获取模块，用于获取风电场的气象信息；光影产生条件识别模块，用于根据风电场的气象信息判断风电场内的风电机组是否产生光影，风电场气象信息数据采集装置和根据前述的风电场光影评估装置，所述风电场气象信息数据采集装置采集风电场的光照强度、温度、湿度和大气压强；上述方案虽然解决了风电场光影评估的问题，但是评估过程中，需要准备大量的前期工作，增加了人员的劳动强度等问题。
上述专利实现了风电场的噪声预测和光影评估，但是无法实现噪声和光影同时计算，并且国内光影分析软件主要服务于建筑行业，噪声分析软件大多集中在WT、WindFarmer、openwind等风资源评估软件中，能够同时计算的软件较少，可同时计算的软件需要运用不同的模块，且需要导入地形图、风机点位、敏感点位置等，需要大量的前期资料和工作为支撑，导致出现分析结果相对滞后，工并且人员工作量大的问题；因此亟需一种能够同时计算风电场噪声和光影的方法，为设计人员提供超前技术支持，指导前期风机布置，避免重复工作。最终应使风电场满足相应环境质量标准要求，减弱对环境的影响。
发明内容
本发明提供一种基于计算机模拟的风电场噪声和光影影响分析方法，通过建立风电场噪声和光影影响分析系统，系统包括项目基础参数、光影计算、噪声分析、计算方法4个模块，以解决目前风电场噪声和光影无法同时计算等问题。
本发明具体的技术方案如下：
一种基于计算机模拟的风电场噪声和光影影响分析方法，所述风电场噪声和光影影响分析步骤如下：
S1：构建风电场噪声和光影分析系统，首先通过计算机开发风电场噪声和光影分析系统，系统包括基础参数、噪声分析、光影计算、和计算方法4个模块；
S2：统计各参数数据，在系统基础参数模块中输入项目所在地经纬度、拟选风电机组叶片直径和轮毂高度、光影计算日期及相应日出日落时间，以及对应声功能区等级等数据；
S3：查看并计算结果，根据不同的地区，在光影计算模块中查看从日出至日落每个整点所对应的光影长度和正北方向的角度，并在噪声分析模块中查看噪声防护距离；
S4：绘制风机光影和噪声影响范围图，根据S3中的计算结果，在CAD中绘制风机光影范围和噪声影响范围；
S5：初步布置风机，根据S4中绘制的光影范围和噪声影响范围，在地形图上初步布置风机位置；
S6：确定风机位置，将S5中风机布置图导入到地图软件中，然后根据实时地图影像，并结合地形图调整风机的位置，进而最终确定风机的安装位置。
作为本发明的一种技术方案，所述S3中，在平原地区中，直接在光影计算模块查看从日出至日落每个整点所对应的光影长度和与正北方向的角度；在山地区域中，在光影计算模块输入以10为倍数的高程差，查看不同高差下从日出至日落每个整点所对应的光影长度和与正北方向的角度。
作为本发明的一种技术方案，所述S3中，所述光影计算模块计算光影长度，计算公式为：
；
式中，L为光影长度（m），D为风机与敏感点高差（m），h0为太阳高度角（deg），为当地纬度（deg），/>为太阳赤纬角（deg），t为观测时角；
其中：
；
式中，dn为一年中日期序数，0、1、2......364，冬至日为355。
；
作为本发明的一种技术方案，所述S3中，所述光影分析模块还支持不同机位处光影长度计算，在光影分析模块导入各机位经纬度坐标实现。
作为本发明的一种技术方案，所述S3中，所述噪音分析模块对风电场噪声进行计算，通过噪声衰减进行计算。
作为本发明的一种技术方案，所述S3中，所述噪声分析模块计算的噪声包括裸叶片和叶片上加锯齿边缘两种形态。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明通过将噪声和光影分析结合起来，避免了用不同软件或模块计算导致的大量工作，光影计算模块不仅可计算冬至日风机光影，还可计算全年任意一天的光影，解决不同地区环评计算方法的不同的问题。
2、通过超前分析，为风资源专业人员提供超前的技术支持，指导风机布置，避让敏感因素，避免后期因噪声和光影影响导致的设计返工，同时本发明可应用于设计的各个阶段（包括规划、可行性研究、初步设计、施工图设计），从分析计算到最终结果输出时间短，可以大大缩短设计人员的作业时间，节约人力成本和软件购买成本，提高工作效率，具有很好的经济效益。
3、本发明通过加强前期影响分析，可极大减弱风机噪声和光影对周围环境产生的影响，实现风电开发与生态环境的和谐发展，推进清洁低碳安全高效能源体系建设。
附图说明
图1是本发明噪声和光影分析方法整体流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
本实施例中，如图1所示，一种基于计算机模拟的风电场噪声和光影影响分析方法，通过构建风电场噪声和光影影响分析系统，并包括基础参数、光影计算、噪声分析、计算方法4个模块，实现对风电场的噪声和光影分析，软件将噪声和光影分析结合起来，避免了用不同软件或模块计算导致的大量工作；光影计算模块不仅可计算冬至日风机光影，还可计算全年任意一天的光影，解决不同地区环评计算方法的不同的问题。
本发明以某地区风电场为实施例，介绍本发明关于风电场噪声和光影分析过程。
第一步：构建风电场噪声和光影分析系统
首先参照国内关于风电场中噪声和光影标准，将其标准引入到系统中，方便后续的噪声和光影结合分析，提高工作效率。
第二步：统计个参数数据
在系统基础参数模块中输入项目所在地经纬度、拟选风电机组叶片直径和轮毂高度、光影计算日期及相应日出日落时间，以及对应声功能区等级等数据，输入数据如下（以某风电场实际测算得出的数据进行输入）：
表1
；
将上述数据输入到系统中，系统通过光影计算、噪声分析和计算方法3个模块对上述数据进行计算，得到相关的计算结果。
第三步：查看并计算结果
首先在平原地区，可以直接在光影计算模块查看从日出至日落每个整点所对应的光影长度和与正北方向的角度，并在噪声分析模块查看噪声防护距离，其中光影计算模块根据上述数据计算出正北方向的角度，再通过计算光影长度，计算公式参照（1）式，进而得出光影长度。
其中噪音分析模块计算风机噪声以及噪声声级，计算过程如下：
噪声衰减计算公式为：
式中，Lr为距离风机r米处的噪声值（dB），L0为风机噪声源强（dB）,r为敏感点距离风机的距离（m）。
需要说明的是：
1、风机噪声衰减采用点源噪声模式；
2、噪声源强定义为距离风机1m处；
3、噪声达标距离由噪声衰减计算公式反推。
表2
；
其中，各机型噪声源强为叶片上没加锯齿尾缘（裸叶片）时整机的噪声，如果加上锯齿尾缘，噪声源强可减低2dB左右。
表3
；
根据噪声分析模块和计算方法模块依据表1中的数据即可推算分析处表2以及表3中的数据，结合噪声衰减公式计算噪声，即可得到噪音分析数据。
其中一类区指指以居民住宅、医疗卫生、文化教育、科研设计、行政办公为主要功能，需要保持安静的区域；二类区指以商业金融、集市贸易为主要功能，或者居住、商业、工业混杂，需要维护住宅安静的区域。
在山地区域，可在光影计算模块输入以10为倍数的高程差，查看不同高差下从日出至日落每个整点所对应的光影长度和与正北方向的角度，噪音分析不变，从而实现不同地区的适应。同时光影分析模块还支持不同机位处光影长度计算，需在光影分析模块导入各机位经纬度坐标实现。
第四步：绘制风机光影和噪声影响范围图
根据第三步中的光影长度和噪声分析计算结果，在CAD中绘制风机光影范围和噪声影响范围。
第五步：初步布置风机
根据第四步中绘制的光影范围和噪声影响范围，在地形图上初步布置风机位置。
第六步：确定风机位置
将第五步中得到的风机布置图导入到地图软件中，然后根据实时地图影像，并结合地形图调整风机的位置，进而最终确定风机的安装位置。
本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。
Claims (6)
1.一种基于计算机模拟的风电场噪声和光影影响分析方法，其特征在于，所述风电场噪声和光影影响分析步骤如下：
S1：构建风电场噪声和光影分析系统，首先通过计算机开发风电场噪声和光影分析系统，系统包括基础参数、噪声分析、光影计算、和计算方法4个模块；
S2：统计各参数数据，在系统基础参数模块中输入项目所在地经纬度、拟选风电机组叶片直径和轮毂高度、光影计算日期及相应日出日落时间，以及对应声功能区等级等数据；
S3：查看并计算结果，根据不同的地区，在光影计算模块中查看从日出至日落每个整点所对应的光影长度和正北方向的角度，并在噪声分析模块中查看噪声防护距离；
S4：绘制风机光影和噪声影响范围图，根据S3中的计算结果，在CAD中绘制风机光影范围和噪声影响范围；
S5：初步布置风机，根据S4中绘制的光影范围和噪声影响范围，在地形图上初步布置风机位置；
S6：确定风机位置，将S5中风机布置图导入到地图软件中，然后根据实时地图影像，并结合地形图调整风机的位置，进而最终确定风机的安装位置。
2.如权利要求1所述基于计算机模拟的风电场噪声和光影影响分析方法，其特征在于：所述S3中，在平原地区中，直接在光影计算模块查看从日出至日落每个整点所对应的光影长度和与正北方向的角度；在山地区域中，在光影计算模块输入以10为倍数的高程差，查看不同高差下从日出至日落每个整点所对应的光影长度和与正北方向的角度。
3.如权利要求1所述基于计算机模拟的风电场噪声和光影影响分析方法，其特征在于：所述S3中，所述光影计算模块计算光影长度，计算公式为：
;
式中，L为光影长度（m），D为风机与敏感点高差（m），h0为太阳高度角（deg），为当地纬度（deg），/>为太阳赤纬角（deg），t为观测时角。
4.如权利要求3所述基于计算机模拟的风电场噪声和光影影响分析方法，其特征在于：所述S3中，所述光影分析模块还支持不同机位处光影长度计算，在光影分析模块导入各机位经纬度坐标实现。
5.如权利要求1所述基于计算机模拟的风电场噪声和光影影响分析方法，其特征在于：所述S3中，所述噪声分析模块对风电场噪声进行计算，通过噪声衰减进行计算。
6.如权利要求1所述基于计算机模拟的风电场噪声和光影影响分析方法，其特征在于：所述S3中，所述噪声分析模块计算的噪声包括裸叶片和叶片上加锯齿边缘两种形态。
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