本发明涉及一种风电场测风代表年滑动选取方法，尤其是一种应用于新能源工程风力发电应用技术领域的风电场测风代表年滑动选取方法。
背景技术：
风电是目前最具有发展前景的可再生清洁能源之一，相比其他形式的可再生能源，具有技术成熟、成本相对较低、对环境影响较小等优势。典型低风速山地风电场的显著特点为：资源条件较差、地形条件复杂、气候条件恶劣等，如何保证低风速山地风电场风能资源评估工作的精细化、科学化、准确化，对风电场全生命周期设计工作都起着至关重要的作用。根据《风电场风能资源评估方法》(gb/t18710-2002)，进行风能资源评估时，应取得至少连续一年完整的风场逐小时数据，并且实测数据应具有长期代表性，风能资源评估则是以测风代表年实测数据为基础进行的。通常情况下，复杂山地风电场在风资源评估阶段，会加密测风塔，并进行长期观测及数据收集，即一个风电场场址区域存在多个测风塔、实测数据收集多年。
针对以上情况，实际设计工作中主要依靠设计人员凭借工程经验，以数据完整性为依据(即保证所选测风代表年内缺测数据或无效数据较少)，从测风塔多年测风时段内选取一整年作为测风代表年；对于所选测风代表年可能并未为平风年(即不代表场址区域长期平均风能资源水平，可能为大风年或小风年)，主要应用《风电场风能资源评估方法》(gb/t18710-2002)推荐的全扇区和分扇区代表年订正方法将测风代表年订正为一整年代表场址区域长期风能资源平均水平的测风数据，并以此为基础进行风电场风能资源评估。
目前，风电场风资源评估阶段，实际工作中选取场址区域具有代表长期风能资源平均水平的测风数据方法，为“选取-订正”的单行流程，主要存在以下弊端：
一、设计人员凭借工程经验选取测风代表年：
设计人员根据实际工程经验，主要以数据完整性作为参考标准，来从测风塔实测时段内选取测风代表年，即尽量选择缺测数据或无效数据较少的完整年，减少数据插补对实际数据序列的影响。其主要弊端体现为：受人为因素影响较大，无统一标准。
二、对选取的测风代表年实测数据进行订正：
对选取的测风代表年实测数据进行订正主要目的是减少实测数据非平风年所导致的风能资源评估误差。采用上述方法主要弊端为：可能会存在较大误差，误差叠加效益明显。误差主要来源为：①受人为因素影响，所选取的测风代表年不尽相同；②选取测风代表年实测数据插补带来的误差；③代表年订正选取的参照数据与实测数据相关性较差带来的误差；④测风代表年与多年平均偏差较大带来的误差(通常情况下，测风代表年风速平均值约接近多年平均，相对误差越小)。
综上所述，通过设计人员凭借工程经验选取测风代表年，并对测风代表年实测数据进行订正以得到一整年代表场址区域长期风能资源平均水平的测风数据，并以此为基础进行风电场风能资源评估会存在较大误差风险，无统一标准，并且耗时费力，工作量较大。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种可以实现测风代表年选取过程统一标准化，有效减少人为因素的影响，显著降低相关误差、数据插补误差、订正误差，避免多重误差叠，可以保证测风代表年数据的合理性和准确性，减少风资源评估工作量，大幅提高工作效率的风电场测风代表年滑动选取方法。
本发明解决其技术问题所采用的风电场测风代表年滑动选取方法，包括以下几个步骤：
a、获取基础数据，基础数据包括测风塔实测时间序列和实测时间序列所对应的实测风速和风向值；
b、根据基础数据判定测风时段是否超过一年，如果测风塔实测时间序列未满一年，则选取实测截止时刻为终点，回推12个月作为测风代表年；如果测风塔实测时间序列刚满一年，则直接选取实测时段作为测风代表年；如果测风塔实测时间序列超过一年，则按照c至f步骤的方法确定测风代表年；
c、生成测风年，生成测风年的方法为以测风塔起始观测时刻为起点，按间隔为1个月，时间跨度为12个月，依次生成n个测风年；
d、选取参照数据，参照数据为与基础数据相同时间段内的多年平均风速，如果测风塔周围20公里范围内没有参证气象站则直接选取测风塔地理坐标处的中尺度再分析数据作为参照数据；如果测风塔周围20公里范围内有参证气象站，则选择其中距离测风塔最近的参证气象站的实测数据与测风塔同期数据进行相关性分析，如果两者相关性满足要求则直接采用参证气象站实测数据作为参照数据，否则选取测风塔地理坐标处的中尺度再分析数据作为参照数据；
e、计算参照数据的多年平均风速与每个测风年平均风速的差值；
f、选取满足数据完整性检验要求的测风年中与参照数据的多年平均风速差值的绝对值最小的测风年作为测风代表年，如果所有测风年均不满足数据完整性检验要求则直接选取与参照数据的多年平均风速差值的绝对值最小的测风年作为测风代表年。
进一步的是，在f步骤中按照与参照数据的多年平均风速差值的绝对值由小到大的顺序依次选取测风年的实测数据进行数据完整性检验直至有测风年通过数据完整性检验或者所有测风年均不满足数据完整性检验要求时为止，如果有测风年通过数据完整性检验则该测风年作为测风代表年，如果所有测风年均不满足数据完整性检验要求则直接选取与参照数据的多年平均风速差值的绝对值最小的测风年作为测风代表年。
进一步的是，在d步骤相关性分析中计算出参证气象站的实测数据与测风塔同期数据的相关系数是否大于0.8，如果相关系数大于0.8，则直接采用参证气象站实测数据作为参照数据；否则选取测风塔地理坐标处的中尺度再分析数据作为参照数据。
进一步的是，在f步骤数据完整性检验中如果数据完整率达90％则该测风年数据通过数据完整性检验。
本发明的有益效果是：本申请的方法是以参照数据测风年与多年平均风速差值和数据完整率作为参考标准，既考虑了测风塔实测数据完整性(即数据插补可能带来的误差)、参照数据与实测数据相关性，还最大限度减少了测风代表年与多年平均偏差带来的误差，也能实现测风代表年选取过程统一标准化。另外，由于参考标准的改变，当测风塔所选测风代表年对应的参照数据等于(或非常接近)多年平均风速值时，便可省略代表年订正环节，既能减少相关误差，也能有效降低工作量，利于提高工作效率。综上所述，本发明在测风代表年滑动选取中充分考虑了并协调了数据相关性、完整性、代表性三方面，既保证了过程规范统一，还最大限度地减少了误差来源，有效避免了误差重叠，实际验证效果显示，本方法的准确性高、应用性强。
附图说明
图1是本申请的流程图；
具体实施方式
如图1所示，本发明的风电场测风代表年滑动选取方法，包括以下几个步骤：
a、获取基础数据，基础数据包括测风塔实测时间序列和实测时间序列所对应的实测风速和风向值；其中的基础数据是一定时间段内(测风时段)测风塔所测得的风速和风向值。而实测时间序列是相同的时间间隔的时间点。在该时间段内每隔相同的时间间隔(如5分钟，10分钟或者20分钟)测风设备输出一组风速和风向值，此风速和风向值为该时间间隔内的平均值。
b、根据基础数据判定测风时段是否超过一年，如果测风塔实测时间序列未满一年，则选取实测截止时刻为终点，回推12个月作为测风代表年。例如测风塔实测时间序列从2016-02-0100:00起到2016-11-3123:50止，则测风代表年为2015-12-100:00至2016-11-3123:50；如果测风塔实测时间序列刚满一年，则直接选取实测时段作为测风代表年；如果测风塔实测时间序列超过一年，则按照c至f步骤的方法确定测风代表年。
c、生成测风年，生成测风年的方法为以测风塔起始观测时刻为起点，按间隔为1个月(即两年两个测风年的起始时间相隔一个月)，时间跨度为12个月，依次生成n个测风年；其中第n个测风年的终止时间为实测截止时刻，因此其中n由实际的测风时段决定。
d、选取参照数据，参照数据为与基础数据相同时间段内的多年平均风速，如果测风塔周围20公里范围内没有参证气象站则直接选取测风塔地理坐标处的中尺度再分析数据作为参照数据；如果测风塔周围20公里范围内有参证气象站，则选择其中距离测风塔最近的参证气象站的实测数据与测风塔同期数据进行相关性分析，如果两者相关性满足要求则直接采用参证气象站实测数据作为参照数据，否则选取测风塔地理坐标处的中尺度再分析数据作为参照数据；其中中尺度再分析数据可以在相关网站的数据库中下载得到。
e、计算参照数据的多年平均风速与每个测风年平均风速的差值。
f、选取满足数据完整性检验要求的测风年中与参照数据的多年平均风速差值的绝对值最小的测风年作为测风代表年，如果所有测风年均不满足数据完整性检验要求则直接选取与参照数据的多年平均风速差值的绝对值最小的测风年作为测风代表年。
在f步骤中按照与参照数据的多年平均风速差值的绝对值由小到大的顺序依次选取测风年的实测数据进行数据完整性检验直至有测风年通过数据完整性检验或者所有测风年均不满足数据完整性检验要求时为止，如果有测风年通过数据完整性检验则该测风年作为测风代表年，如果所有测风年均不满足数据完整性检验要求则直接选取与参照数据的多年平均风速差值的绝对值最小的测风年作为测风代表年。采用前述方法从差值的绝对值最小的测风年开始检验数据完整性，有满足要求的数据后便可以停止继续检验，可以进一步减少计算量，提高工作效率。
在d步骤相关性分析中计算出参证气象站的实测数据与测风塔同期数据的相关系数是否大于0.8，如果相关系数大于0.8，则直接采用参证气象站实测数据作为参照数据；否则选取测风塔地理坐标处的中尺度再分析数据作为参照数据。本申请利用相关系数来决定参照数据的取舍，选择相关系数大于0.8的参证气象站的实测数据作为参照数据，可以有效消除参照数据的相关性误差，进一步提高测风代表年选取的准确性，使风电场风能资源评估中对数据的利用更加合理。
在f步骤数据完整性检验中如果数据完整率达90％以上则该测风年数据通过数据完整性检验。本申请将数据完整率达限制在90％以上。对参照数据测风年与多年平均风速差值的绝对值和数据完整率两种标准进行了协调，使本方法对数据的选取更加合理。
实施例
以下是按照本申请的方法确定测风代表年的实例
(1)基础数据导入
基础数据导入主要包括：①测风塔实测10分钟时间序列；②对应的逐10分钟实测风速、风向值。
(2)判定测风时段是否超过一年
判定测风时段是否超过一年主要包括：①当测风塔实测10分钟时间序列未满一年时，选取实测截止时刻为终点，回推12个月作为测风代表年；②当测风塔实测10分钟时间序列刚满一年时，直接选取实测时段作为测风代表年；③当测风塔实测10分钟时间序列超过一年时，执行生成测风年环节。
(3)生成测风年
生成测风年主要包括：以测风塔起始观测时刻(通常取整月份1日00:00)为起点，按间隔为1个月，时间尺度为12个月，依次生成n个测风年(不一定为自然年)，确定起始、结束时刻。示例见表1。
表1测风年生成示意表
(4)参照数据选取
参照数据选取主要包括：合理选取参照数据，并充分考虑与实测数据的相关性。
第一步，检验是否存在距离场址区域较近的参证气象站数据(哪些数据)，20隔离主要因为通常情况下参证气象站实测数据基本可反映该地区的风能资源平均水平。当不存在参证气象站数据时，直接选取中尺度再分析数据(测风塔地理坐标处)作为参照数据；当存在参证气象站数据时，执行同期数据相关分析环节。
第二步，将参证气象站与测风塔同期数据进行直接相关分析，得到相关方程。
第三步，判定相关系数是否大于0.8。当相关系数r大于0.8时，直接采用参证气象站实测数据作为参照数据；否则选取中尺度再分析数据(测风塔地理坐标处)作为参照数据。
(5)计算测风年与多年平均风速差值的绝对值
计算测风年与多年平均风速差值的绝对值主要包括：分别计算对应参照数各测风年和多年平均风速差值的绝对值，选取差值最小对应的测风年作为初始值执行测风数据完整性检验环节。示例见表2。
表2计算测风年与多年平均风速差值示意表
(6)测风数据完整性检验
测风数据完整性检验主要包括：对测风代表年实测数据进行数据完整性检验。
第一步，参照《风电场风能资源评估方法》(gb/t18710-2002)规范中对缺测和不合理数据的检验标准，检验初始测风代表年内实测数据进行完整性检验。若数据完整率大于或等于90％，则直接选取该测风年为测风代表年；否则返回步骤(5)选取差值次小值对应的测风年。
第二步，循环执行步骤(6)第一步，直至同时满足参照数据测风年与多年平均风速差值的绝对值、数据完整率双重标准。
(7)测风代表年确定
经过步骤(1)～(6)，最终确定测风代表年，并以该年内实测数据作为基础数据进行风能资源评估。
本申请的方法是以参照数据测风年与多年平均风速差值和数据完整率作为参考标准，既考虑了测风塔实测数据完整性(即数据插补可能带来的误差)、参照数据与实测数据相关性，还最大限度减少了测风代表年与多年平均偏差带来的误差，也能实现测风代表年选取过程统一标准化。另外，由于参考标准的改变，当测风塔所选测风代表年对应的参照数据等于(或非常接近)多年平均风速值时，便可省略代表年订正环节，既能减少相关误差，也能有效降低工作量，利于提高工作效率。综上所述，本发明在测风代表年滑动选取中充分考虑了并协调了数据相关性、完整性、代表性三方面，既保证了过程规范统一，还最大限度地减少了误差来源，有效避免了误差重叠，实际验证效果显示，本方法的准确性高、应用性强。