专利名称：用于使用多个风力资源网格来确定风况的装置和方法
技术领域：
本文公开的主题大体涉及风场规划，并且更具体而言，涉及基于多个风力资源网格来产生单个风力资源网格。
背景技术：
风场或“现场”包括利用风能来发生或产生电功率的一个或多个风力涡轮机。在将风力涡轮机安装到风场中之前，可使用一个或多个气象仪器来监测气象状况，例如风速。 根据气象状况来安装风力涡轮机，以优化风场操作。至少一些已知的系统基于来自气象仪器的信号来产生风力资源网格。例如，风力资源网格可表明一定地理区域内的风况。在一些情况下，例如相对大的或在地理上复杂的现场，可产生多个风力资源网格。理论上，可使用多个数据集来获取更加准确的结果。但是， 基于多个风力资源网格来解析跨越现场的风况可为困难的。另外，组合风力资源网格的简单方法(例如严格平均)可产生不准确的结果，包括风力资源网格边界附近的值的急剧变化。
发明内容
在一方面，提供了一种用于确定一定地理区域内的风况的装置。该装置包括构造成以便存储多个输入风力资源网格的存储器区。输入风力资源网格包括多个输入点。各个输入点与风况、第一地理位置和具有第二地理位置的气象仪器相关联。多个输入点中的至少一个输入点与该地理区域内的第一地理位置相关联。该装置还包括联接到存储器区上的处理器。处理器编程为以便定义具有与该地理区域内的第三地理位置相关联的多个输出点的输出风力资源网格。处理器还编程为以便针对输出风力资源网格的多个输出点中的各个输出点来确定风况。至少部分地基于与至少一个对应的输入点相关联的风况以及在输出点的第三地理位置和与至少一个对应的输入点相关联的气象仪器的第二地理位置之间的距离来确定风况。在另一方面，提供了一种用于确定一定地理区域内的风况的方法。该方法包括获取多个输入风力资源网格。输入风力资源网格包括与第一地理位置和风况相关联的多个输入点。输入点中的至少一个的第一地理位置在该地理区域内。定义具有多个输出点的输出风力资源网格。输出点与该地理区域内的第二地理位置相关联。针对输出风力资源网格的多个输出点中的各个输出点，处理器至少部分地基于与获取的多个输入点中的至少一些相关联的多个风况来计算风况。
图1是示例性风力涡轮机的透视图。图2是显示了用于确定一定地理区域内的风况的示例性计算装置的简图。图3显示了包括对应于多个输入风力资源网格的一定地理区域的示例性输出风力资源网格。图4显示了具有多个输出点的、图3所示的输出风力资源网格。图5显示了图4所示的输出风力资源网格中的输出点和两个气象仪器。图6是气象仪器的相对距离和影响之间的关系的示例性曲线图。图7显示了图4所示的输出风力资源网格中的输出点和三个气象仪器。图8显示了对应于不同量的输入风力资源网格的、图4所示的输出风力资源网格 的部分。图9显示了包括两个气象仪器的示例性输出风力资源网格。图10显示了用于计算从输出点到两个气象仪器的相对距离的投影距离。图11显示了对应于三个气象仪器的输出风力资源网格中的投影距离。图12是用于确定一定地理区域内的风况的示例性方法的流程图。图13是用于计算风力资源网格的输出点的风况的示例性方法的流程图。图14是用于确定输出点与对应于输入点的气象仪器的接近度的示例性方法的流程图。图15是用于确定输出点与对应于输入点的气象仪器的接近度的另一个示例性方法的流程16显示了限定了不同的空间分辨率的输入风力资源网格的输入点和输出风力资源网格的输出点。图17显示了包括四个气象仪器的输出风力资源网格，其中的各个均与影响区域相关联。图18显示了对应于图17所示的输出风力资源网格的输入风力资源网格和影响区域。图19显示了图17所示的输出风力资源网格中的影响区域的交迭部分。图20显示了图17所示的输出风力资源网格，其中基于图18所示的输入风力资源网格的风况来计算风况。图21显示了在没有气象仪器和影响区域的指示符的情况下的、图20所示的输出风力资源网格。部件列表100风力涡轮机102 机舱104 塔架106 转子108转子叶片110旋转轮毂200计算装置205处理器210存储器区215呈现装置220 用户
225输入装置230 通讯 接口300输出风力资源网格302地理区域304输入风力资源网格306输入风力资源网格308输入风力资源网格310输入风力资源网格312输出点3加输出点322第一气象仪器324第二气象仪器326 第一距离328 第二距离330第三气象仪器332第三距离340 第一部分342 第二部分344第三部分346第四部分3δ0输出点3Μ输出点3δ4输出点3恥输出点400曲线图405 第一条线410 第二条线500输出风力资源网格502第一气象仪器504第二气象仪器506 第一条线508 第二条线510第三条线512第一影响区域514第二影响区域520 第一部分522 第二部分524第三部分530输出点
532第四条线534 交点536 第一距离538 第二距离600输出风力资源网格602第一气象仪器604第二气象仪器606第三气象仪器608输出点610 第一条线612 第二条线614第三条线620第四条线622 第一交点624第五条线626 第二交点628第六条线630第三交点640 第一距离642 第二距离644第三距离646第四距离648第五距离650第六距离700 方法710获取输入风力资源网格720定义输出风力资源网格722将输入网格(一个或多个)变换到输出网格的分辨率724定义第一影响区域726定义第二影响区域730计算输出点的风况740显示输出网格800确认具有与输出点的地理位置相等的地理位置的输入点805确定输出点与对应的气象仪器的接近度810基于与对应的气象仪器的接近度来对风况分配权重820组合输入点的风况850确定输出点和对应于确认的输入点的气象仪器之间的距离855确定输出点和对应于另一个输入点的另一个气象仪器之间的距离860基于距离来计算接近度
870定义从第一气象仪器到第二气象仪器的第一条线875定义从输出点起且垂直于第一条线的第二条线880确定从交点到第一气象仪器的第一距离885确定从交点到第二气象仪器的第二距离
890基于距离来计算接近度905输出点910输入点912 第一距离913 第二距离915输出点
920输入点925 距离1000输出风力资源网格1005第一气象仪器1010第二气象仪器1015第三气象仪器1020第四气象仪器1025第一影响区域1030第二影响区域1035第三影响区域1040第四影响区域1050单仪器区域1055两仪器区域1060三仪器区域1070输入风力资源网格1075输入风力资源网格1080输入风力资源网格1085输入风力资源网格1090多个轮廓线1095多个轮廓线
具体实施例方式本文描述的实施例有利于将多个风力资源网格合并成单个风力资源网格，以便于在风场规划中使用。实施例进一步有利于使用基于距离的加权方案来合并风力资源网格， 在基于距离的加权方案中，分配给与输入点相关联的风况的权重基于输入点对产生风况的气象仪器的接近度而变化。在本文中使用用语“风况”来包括但不限于风速、风的发生频率、功率密度、功率产量和/或表明在特定位置处的电功率产生的实际的、估计的、平均的和/或潜在的容量的任何量度。功率密度可表明与风力涡轮机转子的圆盘面积有关的功率产量。例如，转子的圆盘面积可等于Pih)乘以转子的中心点和转子叶片的尖部之间的距离的平方。在一些实施例中，多个从一定地理位置延伸且共同形成圆圈的角扇区与一定地理位置相关联。例如， 可定义十二个角扇区，各自三十度宽。为各个角扇区提供至少一个风况。 基于来自气象仪器的至少一个信号来产生风况。该气象仪器可包括但不限于一个或多个传感器，例如一个或多个风速计。气象仪器可定位在气象杆上、定位在气象塔上，和/ 或包括在风力涡轮机中。在一些实施例中，基于一个或多个传感器信号来计算风况。例如， 可基于几个月的时期里的传感器信号来计算平均风速。在一些实施例中，基于与位置相关联的、来自气象仪器的传感器信号来产生原始风数据。然后处理原始风数据(例如汇总)，以产生风力资源网格。在一些情况下，由于存储约束或其它考虑，在风力资源网格产生之后丢弃原始风数据。风力资源网格描述了一定地理区域内的多个位置处(例如由网格点表示的)的风况。气象仪器的位置和该地理区域内的位置可包括例如纬度、经度和/或海拔。可以以绝对的方式表达纬度、经度和/或海拔，或者可相对于基准点(例如地理区域的边界、另一个位置、海平面和/或地平面)来表达它们。本文描述的方法、系统和设备的示例性技术效果包括下者中的至少一个(a)获取多个输入风力资源网格，包括与地理位置和风况相关联的多个输入点；(b)定义具有与该地理区域内的地理位置相关联的多个输出点的输出风力资源网格；以及(C)针对输出风力资源网格的各个输出点，至少部分地基于与多个输入点相关联的多个风况来计算风况。图1是示例性风力涡轮机100的透视图。风力涡轮机100包括机舱102，机舱102 容纳发电机(在图1中未显示)。机舱102安装在塔架104(在图1中显示了塔架104的仅一部分)上。塔架104可具有有利于本文所述的风力涡轮机100的操作的任何适当的高度。在一个示例性实施例中，风力涡轮机100还包括转子106，转子106包括联接到旋转轮毂110上的三个转子叶片108。备选地，风力涡轮机100可包括使得本文所述的风力涡轮机 100能够操作的任何数量的转子叶片108。图2是用于确定一定地理区域内的风况的示例性计算装置200的简图。计算装置 200包括用于执行指令的处理器205。在一些实施例中，可执行的指令存储在存储器区210 中，存储器区210联接到处理器205上。处理器205可包括一个或多个处理单元(例如成多核构造)。存储器区210是处理器205可通过其来存储和重新获得诸如可执行的指令和 /或其它数据的信息的任何装置。计算装置200还包括至少一个呈现装置215，以用于对用户220提供信息。呈现装置215联接到处理器205上，并且是能够对用户220传递信息的任何构件。呈现装置215 可包括但不限于显示装置(例如液晶显示器(LCD)、有机发光二极管(OLED)显示器，或者 “电子墨水”显示器)、打印机和/或音频输出装置(例如喇叭或耳机)。在一些实施例中， 呈现装置215包括输出转接器，例如视频转接器和/或音频转接器。输出转接器操作地性联接到处理器205上，并且构造成以便操作性地联接到输出装置上，例如显示装置、打印机和/或音频输出装置。在一些实施例中，计算装置200包括输入装置225，以用于接收来自用户220的输入。输入装置225联接到处理器205上，并且可包括例如键盘、点击装置、鼠标、铁笔、触敏板(例如触摸垫或触摸屏)、回转仪、加速计、位置探测器和/或音频输入装置。诸如触摸屏的单个构件可用作呈现装置215的输出装置和输入装置225两者。计算装置200还可包括联接到处理器205上的通讯接口 230，通讯接口 230构造成以便通讯联接到远程装置上，例如另一个计算装置(例如服务器)。
存储在存储器区210中的是例如计算机可读指令，以用于通过呈现装置215对用户220提供用户接口，以及可选地，接收和处理来自输入装置225的输入。除了其它可能性之外，用户接口可包括网页浏览器和/或客户应用程序。网页浏览器和客户应用程序使得用户(例如用户220)能够显示来自计算装置200和/或远程装置的媒体和其它信息，以及与它们交互。另外，或者在备选方案中，用户接口可包括风力资源分析应用程序和/或风场规划应用程序。在一个示例性实施例中，提供了一种用于确定一定地理区域内的风况的计算装置 200。存储器区210构造成以便存储多个输入风力资源网格。各个输入风力资源网格包括多个输入点。各个输入点均与风况、地理位置和具有地理位置的气象仪器相关联。例如，风力资源网格可包括在笛卡尔坐标系中有规律地隔开的输入点。输入点的至少一部分与该地理区域内的地理位置相关联。处理器205编程为以便定义具有与地理区域内的地理位置相关联的多个输出点的输出风力资源网格。在一些实施例中，处理器205编程为以便接收来自输入装置225的地理区域的选择和/或输入风力资源网格的选择。例如，呈现装置215可显示地图，并且用户220可使用输入装置225来选择地图的一部分作为地理区域。在一个实施例中，处理器 205编程为以便基于选定的地理区域来确认一个或多个输入风力资源网格。例如，处理器 205可确认具有与该地理区域内的一定地理位置相关联的至少一个输入点的输入风力资源网格。在一些实施例中，处理器205编程为以便根据下面更详细地描述的多种计算方法 (例如最接近的气象仪器或线性反距离加权)中的一种来计算输出风力资源网格的风况。 输入装置225构造成以便接收来自用户220的、对计算方法的选择，并且处理器205编程为以便使用选择的计算方法来计算风况。图3显示了包括对应于多个输入风力资源网格的地理区域302的示例性输出风力资源网格300。如图3所示，地理区域302对应于第一输入风力资源网格304、第二输入风力资源网格306、第三输入风力资源网格308和第四输入风力资源网格310。图4显示了具有多个输出点312的输出风力资源网格300。针对输出风力资源网格300的各个输出点312，处理器205编程为以便至少部分地基于与输入点相关联的风况以及输出点和与输入点相关联的气象仪器之间的距离来确定风况。例如，处理器205可确认最接近输出点312的一个或多个气象仪器，以及基于与确认的气象仪器相关联的输入点的风况来确定输出点312的风况。处理器205可基于多个输入值来计算输出点312的风况。在一个实施例中，处理器205编程为以便确认与这样的地理位置相关联的多个输入点该地理位置基本等于与输出点312相关联的地理位置。在图4中，各个输入点具有等于输出点312的地理位置。输入点因此被输出点312遮蔽。针对各个确认的输入点，处理器205编程为以便基于输出点对与输入点相关联的气象仪器的接近度来对与输入点相关联的风况分配权重。处理器205进一步编程为以便基于分配的权重来组合确认的输入点的风况。在一些实施例中，处理器205编程为以便进一步基于与对应的气象仪器相关联的置信值来对风况分配权重。例如，用户220可通过输入装置225来对相信可产生可靠数据的气象仪器定义相对高的置信值。置信值可存储在存储器区210中。 图5显示了输出点320、第一气象仪器322和第二气象仪器324。例如，第一气象仪器322和第二气象仪器324可分别对应于第一输入风力资源网格304和第二输入风力资源网格306。可以以各种各样的方式来确定输出点320到第一气象仪器322或第二气象仪器324的接近度。在一个实施例中，确认的多个输入点包括分别对应于第一气象仪器322 和第二气象仪器324的第一输入点和第二输入点(在图5中被输出点320遮蔽)。如图5 所示，第一输入点与包括10米每秒(m/s)的风速的风况相关联，而第二输入点与包括8m/s 的风速的风况相关联。为了确定输出点320对第一气象仪器322的接近度，处理器205编程为以便确定输出点320和第一气象仪器322之间的第一距离326，确定输出点320和第二气象仪器324 之间的第二距离328，以及基于第一距离326和第二距离328计算接近度。例如，处理器205 可编程为以便对第一距离326和第二距离328应用线性或非线性的反距离加权函数。这种实施例有利于计算各个输入点的相对距离，以及基于该相对距离来对与各个输入点相关联的风况进行加权。以下提供了示例性反距离加权函数，其包括表1中定义的用语。表 权利要求
1.一种用于确定地理区域内的风况的装置，所述装置包括存储器区010)，其构造成以便存储包括多个输入点(910，920)的多个输入风力资源网格(304，306，308，310)，所述多个输入点中的各个输入点与风况、第一地理位置和具有第二地理位置的气象仪器(32 相关联，至少一个输入点的第一地理位置在所述地理区域内；和处理器005)，其联接到所述存储器区上，并且编程为以便定义具有与所述地理区域内的第三地理位置相关联的多个输出点(312，320)的输出风力资源网格(300，500，600，1000)；以及针对所述输出风力资源网格的所述多个输出点中的各个输出点，至少部分地基于下者来确定风况与至少一个对应的输入点相关联的风况；和在所述输出点的第三地理位置和与所述至少一个对应的输入点相关联的气象仪器的第二地理位置之间的距离(3 )。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述处理器进一步编程为以便通过下者来确定所述多个输出点中的输出点(312，320)的风况确认与第一地理位置相关联的多个输入点(910，920)，该第一地理位置基本等于与所述输出点相关联的所述第三地理位置；针对所述多个确认的输入点中的各个输入点，基于所述输出点对与对应的输入点相关联的气象仪器的接近度来对与所述输入点相关联的风况分配权重；以及基于分配的权重来组合所述多个确认的输入点的风况。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述处理器(20 进一步编程为以便通过下者来确定所述输出点(312，320)对与所述确认的多个输入点中的各个输入点相关联的气象仪器的接近度确定所述输出点和与所述确认的多个输入点的第一输入点(910)相关联的气象仪器 (322)之间的第一距离(326)；确定所述输出点和与所述确认的多个输入点的第二输入点(920)相关联的气象仪器 (324)之间的第二距离(328)；以及基于所述第一距离和所述第二距离来计算接近度。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述处理器(20 进一步编程为以便通过对所述第一距离和所述第二距离应用非线性反距离加权函数，基于所述第一距离(536)和所述第二距离(538)来计算接近度。
5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述处理器(20 进一步编程为以便通过下者来确定所述输出点(312，320)对与所述确认的多个输入点中的各个输入点(910，920) 相关联的气象仪器(322,3 )的接近度确定所述输出点和与所述确认的多个输入点的第一输入点相关联的气象仪器之间的第一距离(326)；确定所述输出点和与所述确认的多个输入点的第二输入点相关联的气象仪器之间的第二距离(328)；确定所述输出点和与所述确认的多个输入点的第三输入点相关联的气象仪器之间的第三距离(332)；以及基于所述第一距离、所述第二距离和所述第三距离来计算接近度。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述处理器(20 进一步编程为以便通过对所述第一距离、所述第二距离和所述第三距离应用非线性反距离加权函数，基于所述第一距离(3 )、所述第二距离(328)和所述第三距离(332)来计算接近度。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置进一步包括联接到所述处理器 (205)上并且构造成以便显示所述输出风力资源网格(300)的呈现装置015)。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置进一步包括输入装置025)， 该输入装置(22 构造成以便接收所述多个输入风力资源网格中的第一输入风力资源网格(304)的影响区域的选择，所述影响区域包括所述地理区域的一部分，其中，所述处理器 (205)进一步编程为以便仅针对所述影响区域内的输入点(910，920)基于对应于所述第一输入风力资源网格的风况来确定风况。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述输入装置(22 进一步构造成以便接收对应于所述影响区域的用户定义的权重，其中，所述处理器进一步编程为以便进一步基于所述用户定义的权重来确定所述影响区域内的输出点(312，320)的风况。
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述输入装置(22 构造成以便通过接收多边形的选择来接收影响区域的选择。
全文摘要
本发明涉及用于使用多个风力资源网格来确定风况的装置和方法。提供了一种确定一定地理区域内的风况的装置。该装置包括构造成以便存储包括多个输入点的多个输入风力资源网格的存储器区，该多个输入点中的各个输入点与风况、第一地理位置和具有第二地理位置的气象仪器关联，至少一个输入点的第一地理位置在该地理区域内；以及处理器，其联接至存储器区且编程为以便定义具有与地理区域内的第三地理位置相关联的多个输出点的输出风力资源网格；以及针对输出风力资源网格的多个输出点中的各个输出点，至少部分地基于与至少一个对应输入点相关联的风况以及在输出点的第三地理位置和与该至少一个对应输入点相关联的气象仪器的第二地理位置之间的距离来确定风况。
文档编号G06F19/00GK102156796SQ20101061313
公开日2011年8月17日 申请日期2010年12月17日 优先权日2009年12月18日
发明者K·E·比奇, K·希尔特, V·乌巴拉纳 申请人:通用电气公司