基于质量守恒诊断模式的风资源数值的获取方法
【专利摘要】本发明提供一种风资源数值的获取方法，包括以下步骤：获取风场的实测资料并构建初始风场；设定模型参数,固定的数值为1，利用长时间风速序列基于经验正交函数分解的空间分量数值关系作为衡量标准，以各个测风塔的主导风向分析结果作为风向诊断效果的参考,确定；对初始风场进行调整，使风场在整个空间内满足质量守恒方程，并且总调整量最小。
【专利说明】基于质量守恒诊断模式的风资源数值的获取方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于风力发电基础特性研究【技术领域】，尤其涉及一种基于质量守恒诊断模 式的风资源数值的获取方法。
【背景技术】
[0002] 风电产业日新月异，作为风电各研究领域基础的风电、风资源的特性分析及建模 工作变得尤为重要。尤其是随着风场以及风电集群规模不断扩大，风电穿透功率大幅提升， 风电\风资源的在不同时空尺度下的分布、变化特性成为众多研究以及实际运行中需要考 虑的首要问题。而充分了解不同区域的风资源、风电出力的共性与特性，把握其中的内在规 律并建立相应的模型描述，将为风电集群控制、调度运行提供重要的参考信息。
[0003] 结合目前的研究现状发现，虽然这类特性分析在很多研究中都有所涉及，但仍缺 少针对性、系统性的研究，部分理论模型难以与工程实际应用相结合。首先，风电及资源外 特性往往被看作开展深入研究的基本依据，但研究目标的不同使得各种用于特性统计的指 标具有较强针对性，不同特点及应用领域的指标混杂在一起，缺少清晰的分类说明，也无法 从不同角度综合反映风电自身运行以及与电网交互作用的情况，所以这类研究仍缺少完善 而系统的指标体系指导；其次，许多研究往往着眼于单测量点的资源特点，而忽略了资源的 空间分布性，采用的方法或者以常规的统计分析为主从而无法从整体把握资源特征，或者 采用气象学中的完整物理方程描述进行数值计算而大大增加模型复杂度，对从事电力方面 研究的人员来说仍缺少适合工程应用的分析方法及模型参考；再次，对资源时序变化特征 描述的模型虽然很多，但这类模型往往侧重于对某单一序列的预测研究，为了实现区域资 源模型的预测并且充分利用多数据源改善模型精度，简单沿用已有模型会引入如输入信息 冗余度高而影响模型精度的情况。所以总体看来，风电及资源特性分析建模工作需要更为 系统化、工程化的方法指导和模型支撑。
[0004] 现有风资源的空间分布特性分析及计算过程中，回避了对风资源空气动力学特性 的刻画，而侧重于对历史序列统计特性的分析以及建模。显然，这种简化的计算方式无法 透彻解释某些外在因素对资源的影响规律，尤其是出现某些特殊情况难以从根本上说明原 因。
【发明内容】
[0005] 综上所述，确有必要提供一种与实际接近的风资源数值的获取方法。
[0006] -种风资源数值的获取方法，包括以下步骤：获取风场的实测资料并构建初始风 场；设定模型参数固定q的数值为1，利用长时间风速序列基于经验正交函数分解的空间 分量数值关系作为衡量标准，以各个测风塔的主导风向分析结果作为风向诊断效果的参 考，确定巧；对初始风场进行调整，使风场在整个空间内满足质量守恒方程，并且总调整 量最小。
[0007] 本发明提供的基于质量守恒诊断模式的风资源数值的获取方法，从风的物理角度 利用质量守恒理论，综合有限差分求解方法和EOF分解方法，有效反映了地形以及气象因 素对资源特征的影响规律。
【专利附图】
【附图说明】
[0008] 图1为本发明提供的基于质量守恒诊断模式的风资源数值获取流程图。
[0009] 图2为本发明提供的测风塔分布区域的地面等高线图。
[0010] 图3为本发明提供的计算区域地面等高线图。
[0011] 图4为本发明提供的改变不同％值时的诊断风场风速等高线图。
[0012] 图5为本发明提供的典型日的风向变化曲线。
[0013] 图6为本发明提供的某测风塔EOF分解序列的诊断效果。
【具体实施方式】
[0014] 下面根据说明书附图并结合具体实施例对本发明的技术方案进一步详细表述。
[0015] 请参阅图1，本发明提供的基于质量守恒诊断模式的风资源数值获取流程包括如 下步骤： 步骤S10,获取风场的实测资料并构建初始风场； 步骤S20,设定模型参数，固定吒的数值为1，利用长时间风速序列基于经验正交函数 (Empirical Orthogonal Function,简称EOF)分解的空间分量数值关系作为衡量标准，以 各个测风塔的主导风向分析结果作为风向诊断效果的参考，确定; 步骤S30,对初始风场进行调整，使风场在整个空间内满足质量守恒方程，并且总调整 量最小。
[0016] 在步骤S10中，初始风场的构建通过水平插值和垂直插值两步实现。
[0017] 基于实测数据的水平插值采用距离加权反比改进插值方法，利用多个测风塔的实 测数据插值得到同一高度处（70m)的风速、风向分布。
[0018] 垂直插值则基于风速指数廓线规律将已知高度4的风速4插值到同一地点的不 同高度2处。在任一高度的风速V计算公式如下：
【权利要求】
1. 一种风资源数值的获取方法，包括以下步骤： 步骤S10,获取风场的实测资料并构建初始风场； 步骤S20,设定模型参数固定q的数值为1，利用长时间风速序列基于经验正交函数分 解的空间分量数值关系作为衡量标准，以各个测风塔的主导风向分析结果作为风向诊断效果 的参考，确定,其中，％是和风速观测场与实测场误差成反比的参数，af=l/(2of); 步骤S30,对初始风场进行调整，使风场在整个空间内满足质量守恒方程，并且总调整 量最小。
2. 如权利要求1所述的风资源数值的获取方法，其特征在于，初始场的构建通过水平 插值和垂直插值实现。
3. 如权利要求2所述的风资源数值的获取方法，其特征在于，所述水平插值方法包括： 距离加权反比改进插值方法，利用多个测风塔的实测数据插值得到同一高度处的风速、风 向分布。
4. 如权利要求2所述的风资源数值的获取方法，其特征在于，所述垂直插值方法包括： 垂直插值基于风速指数廓线规律将已知高度2?的风速4插值到同一地点的不同高度z处， 所述高度z处风速v计算公式如下：
其中，指数μ是与地表粗糙度有关的系数。
5. 如权利要求1所述的风资源数值的获取方法，其特征在于，考虑三维风场，各方向风 速分量分别为uFw，则质量守恒方程表不为：
6. 如权利要求5所述的风资源数值的获取方法，其特征在于，设初始风场用％、^％ 来表示，引入拉格朗日乘子Λ，则待求目标函数为：
其中，Γ为求解区域，q、％为调整系数。
7. 如权利要求6所述的风资源数值的获取方法，其特征在于，各方向风速分量分别为υ 、w 为：
8. 如权利要求7所述的风资源数值的获取方法，其特征在于，通过离散化处理得到差 分方程如下：
其中的各个参数取决于格点位置的地形情况。
9. 如权利要求8所述的风资源数值的获取方法，其特征在于，采用超松弛迭代的方法 进行求解，即有：
10. 如权利要求9所述的风资源数值的获取方法，其特征在于，采用下式对原始风场进 行修正，得到风速分量w、v、w分别为：
【文档编号】G06Q50/06GK104112180SQ201410248688
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年6月6日 优先权日:2014年6月6日
【发明者】乔颖, 鲁宗相, 汪宁渤, 路亮, 吕清泉, 赵龙 申请人:清华大学, 国家电网公司, 国网甘肃省电力公司, 甘肃省电力公司风电技术中心