本发明属于风电场风区技术领域，具体涉及一种复杂地形风电场风区划分方法。本发明还涉及风电场内测风塔位置的选择方法。
背景技术：
近年来，人们对复杂地形风能资源测量与评估方面开展了大量的工作，总结了一些经验，提出了一些要求和原则性的建设性意见，但仍存在许多不足，例如缺少对风电场根据划分指标进行风区划分，不能明确判断测风塔布设位置的代表性，不能明确确定测风塔数量，可操作性不强，对于经验不足的工作人员，往往无从下手。
技术实现要素：
本发明的目的就是提供一种可操作性强的风电场风区划分方法，在满足风能资源分析与风电场发电量计算的准确性的要求下，减少风电前期测风费用，提高测风点的代表性，以尽量少的测风塔的风况代表整个风电场的风况。
本发明要解决的另外一个问题就是在给定误差范围内，确定测风塔选择数量，确定各风区测风塔选择的最佳位置的风区测风塔位置选择方法。
本发明通过以下技术方案解决上述技术问题，
一种风电场风区划分方法，其步骤包括，
1)选取风电场初始测风数据
选用风电场普查测风数据，当风电场无普查测风，采用风电场临近风场的测风数据，或采用风电场高空风能资源模拟数据；
2)初步分析风电场风能资源
利用风电场初始测风数据，采用风能资源分析软件进行风电场风能资源分析与图谱计算；
3)布置模拟测风塔
根据步骤2)获得的风电场风能资源分析与图谱，初选适合本风电场的风电机组机型，使用风电机组的位置布置模拟测风塔的位置布置，即风电机组机位也为模拟测风塔位置；
4)选取模拟测风塔的测风数据
取自于步骤2)的风电场风能资源分析与图谱中的各模拟测风塔位置的模拟测风数据；
5)计算模拟测风塔位置的年平均风速矩阵
在风电场布置了n座模拟测风塔，通过风能资源分析软件，以任一座模拟测风塔为代表，模拟风电场风能资源，计算n座模拟测风塔处的年平均风速，则得出一个n×n矩阵an×n＝(vij)，组成n行n列年平均风速矩阵；
矩阵的第s行表示用第s个模拟测风塔模拟n个模拟测风塔处的年平均风速值，矩阵的第t列表示用n个模拟测风塔模拟第t个模拟测风塔处的年平均风速值；
6)初选拟选风区划分指标，初选年平均风速振幅给定值分别为0.2m/s、0.4m/s、0.6m/s和0.8m/s，分别计算风区数量；
7)计算年平均风速振幅矩阵
年平均风速振幅为最大年平均风速值与最小年平均风速值之差；
年平均风速振幅矩阵的计算方法为：对矩阵an×n＝(vij)中第j行，第m列，计算
8)合并相邻模拟测风塔风区
对于给定的n×n矩阵an×n，从2×2矩阵开始，当2×2矩阵每列模拟测风塔的年平均风速振幅在年平均风速振幅给定值范围内，则第1号模拟测风塔位和第2号模拟测风塔位属于同一个风区；
当2×2矩阵每列模拟测风塔的年平均风速振幅超出年平均风速振幅给定值范围时，则第1号模拟测风塔位和第2号模拟测风塔位属于不同的风区，其中第1号模拟测风塔位为单独的风区，并将第2行第2列的数值归并入下一组新的矩阵，从第2行第2列的数值起的该列中的第2行第2列的数值、第3行2列的数值与下一列中的第2行3列的数值、以及第3行3列的数值组成新的2×2矩阵，如果新的2×2矩阵年平均风速振幅判定在年平均风速振幅给定值范围内，则继续判断3×3矩阵；
若3×3矩阵每列模拟测风塔的年平均风速振幅在年平均风速振幅给定值范围内，则第2、3号模拟测风塔位和第4号模拟测风塔位属于同一个风区；
若3×3矩阵每列模拟测风塔的年平均风速振幅超出年平均风速振幅给定值范围，则第2、3号模拟测风塔位和第4号模拟测风塔位属于不同的风区，第2、3号模拟测风塔位分别为单独的风区，并将第4行第4列的数值归并入下一组新的矩阵，从第4行第4列的数值起的该列中的第4行第4列的数值、第5行4列的数值与下一列(即第5列)中的第4行5列的数值、以及第5行5列的数值组成新的2×2矩阵；
如此循环，算至第n行第n列；
该n×n矩阵an×n的风区数量即为在年平均风速振幅给定值范围内的相邻模拟测风塔风区数量。
作为优化，所述步骤2)中，所述风电场为平坦地形时，选用windfarmer风能资源分析软件进行风电场风能资源分析与图谱计算；所述风电场为非平坦地形时，选用wt风能资源分析软件进行风电场风能资源分析与图谱计算。
作为优化，在步骤8)后，还有步骤9)合并跳跃风区，对于步骤8)相邻风区的结果，从第1个风区开始，将第1号风区与第3号风区合并组成新的风区，若对于新组成的q×q矩阵，每列模拟测风塔的年平均风速振幅在年平均风速振幅给定值范围内，则第1号风区和第3号风区属于同一个风区，进行合并；若q×q矩阵中有一列模拟测风塔的年平均风速振幅超出年平均风速振幅给定值范围，则第1号风区和第3号风区不能合并；
再将第1号风区与第4号风区合并组成新的风区，若对于新组成的l×l矩阵，每列模拟测风塔的年平均风速振幅在年平均风速振幅给定值范围内，则第1号风区和第4号风区属于同一个风区，进行合并；若l×l矩阵中有一列模拟测风塔的年平均风速振幅超出年平均风速振幅给定值范围，则第1号风区和第4号风区属于不同风区，不能合并；
如此循环，直至第1号风区与第p号风区合并组成新的风区；
再将第2号风区与第4号风区合并组成新的风区，重复上述步骤；
如此循环，直至第p-2号风区与第p号风区组成新的风区，继续上述步骤，p为相邻风区数量个数；
若跳跃合并后的风区振幅在年平均风速振幅给定值范围内，则接受相应的跳跃合并方式；若跳跃合并后的风区振幅超出年平均风速振幅给定值范围，则不接受相应的跳跃合并方式；
还有步骤10)风电场风区划分结果，同一给定年平均风速振幅下，综合步骤8)和步骤9)的合并成果，分析选择出最终的合并风区，得出风电场风区划分成果，风电场风区数量个数为相邻模拟测风塔风区数量减去采纳的跳跃风区的个数。
作为优化，所述步骤7)中，用年平均风速绝对误差矩阵替换年平均风速振幅矩阵，
年平均风速绝对误差矩阵的计算方法为：对矩阵an×n＝(vij)中第j行，第m列，计算cjm＝|vjm-v实测m|，计算获得年平均风速绝对误差矩阵cn×n＝(cij)；在矩阵cn×n＝(cij)中，若对于ck×k＝(cij)中的每个元素cij均小于或等于给定的年平均风速绝对误差，且c(k+1)×(k+1)＝(cst)中至少有一个元素cst大于给定的年平均风速绝对误差，则认为该k个模拟测风塔位于同一个风区，第k+1号模拟测风塔属于新的风区；参照上述步骤进行下一个风区的判别；
在所述步骤8)-10)中，也用年平均风速绝对误差替换年平均风速振幅。
本发明还包括一种风电场风区划分方法的测风塔位置的选择方法，其步骤包括，
①计算模拟年平均风速矩阵并计算各模拟塔位年平均风速的平均值
对于每个风区，均存在以各模拟测风塔模拟其它模拟测风塔位置处年平均风速所组成y×y矩阵，对应每列均有一个平均值，该值称作该模拟塔位年平均风速的平均值，并把该值近似作为该塔位的年平均风速的实测值的估计值；
②计算年平均风速偏差矩阵
将y×y矩阵中各列的年平均风速值与该列对应的年平均风速的平均值作差值可得到年平均风速偏差y1×y1矩阵；
③以年平均风速偏差的平均值最小或低于总体平均值为标准选择测风塔位置
对于年平均风速偏差y1×y1矩阵，求每一行每个元素绝对值的平均值yi，每一行i对应一模拟测风塔i，并以所有行的平均值yi计算总体平均值y，在各行中选择平均值最小者min(yi)作为本风电场设置测风塔最佳位置，低于总体平均的行作为本风电场设置测风塔较佳位置；
④测风塔位置选定后，通过风能资源分析软件进行风能资源成果误差分析，以该测风塔为代表，对风区内所有塔位进行风能资源模拟，计算各塔位模拟的年平均风速偏差值。
作为优化，步骤③还可以为步骤③a，步骤③a为，以年平均风速最大偏差的最小者或较小者为标准选择测风塔位置，对于年平均风速偏差y1×y1矩阵，求每一行每个元素绝对值的最大值xi，每一行对应一模拟测风塔，并以所有行的平均值xi计算总体平均值，在各行中选择最大值中的最小者作为本风区测风塔最佳位置，小于总体平均的行作为本风区测风塔较佳位置。
作为优化，步骤③还包括步骤③a，步骤③a为，以年平均风速最大偏差的最小者或较小者为标准选择测风塔位置，对于年平均风速偏差y1×y1矩阵，求每一行每个元素绝对值的最大值xi，每一行对应一模拟测风塔，并以所有行的平均值xi计算总体平均值，在各行中选择最大值中的最小者作为本风区测风塔最佳位置，小于总体平均的行作为本风区测风塔较佳位置；
在步骤④前，进行测风塔较佳位置的选择，综合考虑模拟风能资源总体偏差最小和个别偏差最小目标，综合步骤③获得的测风塔较佳位置与步骤③a获得的测风塔较佳位置，选择两者重叠区域为测风塔较佳位置。
作为优化，测风塔位置选择靠近风区中部的位置设置。
本发明风区划分利用风电场风能资源分析与优化布置软件布置模拟测风塔,采用风区划分指标对各模拟测风塔进行风区划分，进而确定年平均风速振幅给定值范围内风区数量即测风塔数量。本发明测风塔位置的选择是在风区划分成果基础上进行测风塔最佳位置的选择，按照测风塔较佳位置选择标准，选择出风能资源分析准确性最佳的测风塔位置，并给出该位置测风塔对所在风区的风能资源分析成果误差。本发明方法新颖，可操作性强，提高了风电场测风塔的代表性，在满足风能资源分析与风电场发电量计算的准确性的要求下，大大减少了风电前期测风费用。该方法适用于国内和国外风电行业高山复杂地形条件下风电场的测风，具有很强的适用性，填补了复杂地形风电场测风阶段测风塔数量选择与布置的方法领域的空白。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明进行详细说明。
实施例1
一种风电场风区划分方法，其步骤包括，
1)选取风电场初始测风数据
选用风电场普查测风数据，当风电场无普查测风，采用风电场临近风场的测风数据，或采用风电场高空风能资源模拟数据；
2)初步分析风电场风能资源
利用风电场初始测风数据，采用风能资源分析软件进行风电场风能资源分析与图谱计算；所述风电场为平坦地形时，选用windfarmer风能资源分析软件进行风电场风能资源分析与图谱计算；所述风电场为非平坦地形时，选用wt风能资源分析软件进行风电场风能资源分析与图谱计算；
3)布置模拟测风塔
根据步骤2)获得的风电场风能资源分析与图谱，初选适合本风电场的风电机组机型，使用风电机组的位置布置模拟测风塔的位置布置，即风电机组机位也为模拟测风塔位置；
4)选取模拟测风塔的测风数据
取自于步骤2)的风电场风能资源分析与图谱中的各模拟测风塔位置的模拟测风数据；
5)计算模拟测风塔位置的年平均风速矩阵
在风电场布置了n座模拟测风塔，通过风能资源分析软件，以任一座模拟测风塔为代表，模拟风电场风能资源，计算n座模拟测风塔处的年平均风速，则得出一个n×n矩阵an×n＝(vij)，组成n行n列年平均风速矩阵；
矩阵的第s行表示用第s个模拟测风塔模拟n个模拟测风塔处的年平均风速值，矩阵的第t列表示用n个模拟测风塔模拟第t个模拟测风塔处的年平均风速值；
6)初选拟选风区划分指标，风电场风能资源分析的精度越高，年平均风速振幅就越小，风区数量就越多，初选年平均风速振幅给定值分别为0.2m/s、0.4m/s、0.6m/s和0.8m/s，分别计算风区数量；
7)计算年平均风速振幅矩阵
年平均风速振幅为最大年平均风速值与最小年平均风速值之差；
年平均风速振幅矩阵的计算方法为：对矩阵an×n＝(vij)中第j行，第m列，计算
8)合并相邻模拟测风塔风区：
对于给定的n×n矩阵an×n，从2×2矩阵开始，当2×2矩阵每列模拟测风塔的年平均风速振幅在年平均风速振幅给定值范围内，则第1号模拟测风塔位和第2号模拟测风塔位属于同一个风区；
当2×2矩阵每列模拟测风塔的年平均风速振幅超出年平均风速振幅给定值范围时，则第1号模拟测风塔位和第2号模拟测风塔位属于不同的风区，其中第1号模拟测风塔位为单独的风区，并将第2行第2列的数值归并入下一组新的矩阵，从第2行第2列的数值起的该列中的第2行第2列的数值、第3行2列的数值与下一列(即第3列)中的第2行3列的数值、以及第3行3列的数值组成新的2×2矩阵，如果新的2×2矩阵年平均风速振幅判定在年平均风速振幅给定值范围内，则继续判断3×3矩阵；
若3×3矩阵每列模拟测风塔的年平均风速振幅在年平均风速振幅给定值范围内，则第2、3号模拟测风塔位和第4号模拟测风塔位属于同一个风区；
若3×3矩阵每列模拟测风塔的年平均风速振幅超出年平均风速振幅给定值范围，则第2、3号模拟测风塔位和第4号模拟测风塔位属于不同的风区，第2、3号模拟测风塔位分别为单独的风区，并将第4行第4列的数值归并入下一组新的矩阵，从第4行第4列的数值起的该列中的第4行第4列的数值、第5行4列的数值与下一列(即第5列)中的第4行5列的数值、以及第5行5列的数值组成新的2×2矩阵；
如此循环，算至第n行第n列；
该n×n矩阵an×n的风区数量即为在年平均风速振幅给定值范围内的相邻模拟测风塔风区数量；
步骤9)合并跳跃风区，对于步骤8)相邻风区的结果，从第1个风区开始，将第1号风区与第3号风区合并组成新的风区，若对于新组成的q×q矩阵，每列模拟测风塔的年平均风速振幅在年平均风速振幅给定值范围内，则第1号风区和第3号风区属于同一个风区，进行合并；若q×q矩阵中有一列模拟测风塔的年平均风速振幅超出年平均风速振幅给定值范围，则第1号风区和第3号风区不能合并；
再将第1号风区与第4号风区合并组成新的风区，若对于新组成的l×l矩阵，每列模拟测风塔的年平均风速振幅在年平均风速振幅给定值范围内，则第1号风区和第4号风区属于同一个风区，进行合并；若l×l矩阵中有一列模拟测风塔的年平均风速振幅超出年平均风速振幅给定值范围，则第1号风区和第4号风区属于不同风区，不能合并；
如此循环，直至第1号风区与第p号风区合并组成新的风区；
再将第2号风区与第4号风区合并组成新的风区，重复上述步骤；
如此循环，直至第p-2号风区与第p号风区组成新的风区，继续上述步骤，p为相邻风区数量个数；
若跳跃合并后的风区振幅在年平均风速振幅给定值范围内，则接受相应的跳跃合并方式，若跳跃合并后的风区振幅超出年平均风速振幅给定值范围，则不接受相应的跳跃合并方式；
还有步骤10)风电场风区划分结果，同一给定年平均风速振幅下，综合步骤8)和步骤9)的合并成果，分析选择出最终的合并风区，得出风电场风区划分成果，风电场风区数量个数为相邻模拟测风塔风区数量减去采纳的跳跃风区的个数。
作为优化，所述步骤7)中，用年平均风速绝对误差矩阵替换年平均风速振幅矩阵，
年平均风速绝对误差矩阵的计算方法为：对矩阵an×n＝(vij)中第j行，第m列，计算cjm＝|vjm-v实测m|，计算获得年平均风速绝对误差矩阵cn×n＝(cij)；在矩阵cn×n＝(cij)中，若对于ck×k＝(cij)中的每个元素cij均小于或等于给定的年平均风速绝对误差，且c(k+1)×(k+1)＝(cst)中至少有一个元素cst大于给定的年平均风速绝对误差，则认为该k个模拟测风塔位于同一个风区，第k+1号模拟测风塔属于新的风区；参照上述步骤进行下一个风区的判别；
在所述步骤8)-10)中，也用年平均风速绝对误差替代年平均风速振幅。
以下对本发明实施合并相邻模拟测风塔风区进行详细说明。
a)年平均风速振幅指标判别方法下的相邻机位合并分区步骤：
step1：
若(aij)小于或等于年平均风速振幅给定值2α，则1号风区和2号风区属于同一风区；
step2：
若(aij)小于或等于年平均风速振幅给定值2α，则1、2和3号风区属于同一风区；
若(aij)大于年平均风速振幅给定值2α，则1、2号风区属于同一风区，3号为新风区的开始；
step3：
若(aij)小于或等于年平均风速振幅给定值2α，则3号风区和4号风区属于同一风区；
step4：
若(aij)小于或等于年平均风速振幅给定值2α，则3、4号风区和5号风区属于同一风区；
step(k)：
若(aij)小于或等于年平均风速振幅给定值2α，则s、…、n号风区属于同一风区；
b)年平均风速绝对误差指标判别方法下的相邻机位合并风区步骤：
step1：
若(cij)小于或等于给定的年平均风速绝对误差α，则1号风区和2号风区属于同一风区；
step2：
若(cij)小于或等于给定的年平均风速绝对误差α，则1、2和3号风区属于同一风区；
若(cij)大于给定的年平均风速绝对误差α，则1、2号风区属于同一风区，3号为新风区的开始；
step3：
若(cij)小于或等于给定的年平均风速绝对误差α，则3号风区和4号风区属于同一风区；
step4：
若(cij)小于或等于给定的年平均风速绝对误差α，则3、4号风区和5号风区属于同一风区；
step(k)：
若(cij)小于或等于给定的年平均风速绝对误差α，则s、…、n号风区属于同一风区。
本发明风电场风区划分方法首先提出了判断风区划分指标；同时提出了操作性强的风区划分方法，能确定年平均风速振幅给定值范围内风区数量即测风塔选择数量。本发明风区划分利用风电场风能资源分析与优化布置软件布置模拟测风塔,采用风区划分指标对各模拟测风塔进行风区划分，进而确定年平均风速振幅给定值范围内风区数量即测风塔数量。
实施例2
本发明还包括一种风电场风区划分方法的测风塔位置的选择方法，其步骤包括，
①计算模拟年平均风速矩阵并计算各模拟塔位年平均风速的平均值
对于实施例筛选的每个风区，均存在以各模拟测风塔模拟其它模拟测风塔位置处年平均风速所组成y×y矩阵，对应每列均有一个平均值，该值称作该模拟塔位年平均风速的平均值，并把该值近似作为该塔位的年平均风速的实测值的估计值；
②计算年平均风速偏差矩阵
将y×y矩阵中各列的年平均风速值与该列对应的年平均风速的平均值作差值可得到年平均风速偏差y1×y1矩阵；
③以年平均风速偏差的平均值最小或低于总体平均值为标准选择测风塔位置
对于年平均风速偏差y1×y1矩阵，求每一行每个元素绝对值的平均值yi，每一行i对应一模拟测风塔i，并以所有行的平均值yi计算总体平均值y，在各行中选择平均值最小者min(yi)作为本风电场设置测风塔最佳位置，低于总体平均的行作为本风电场设置测风塔较佳位置；
④步骤③还包括步骤③a，步骤③a为，以年平均风速最大偏差的最小者或较小者为标准选择测风塔位置，对于年平均风速偏差y1×y1矩阵，求每一行每个元素绝对值的最大值xi，每一行对应一模拟测风塔，并以所有行的平均值xi计算总体平均值，在各行中选择最大值中的最小者作为本风区测风塔最佳位置，小于总体平均的行作为本风区测风塔较佳位置；
⑤进行测风塔较佳位置的选择，综合考虑模拟风能资源总体偏差最小和个别偏差最小目标，综合步骤③获得的测风塔较佳位置与步骤③a获得的测风塔较佳位置，选择两者重叠区域为测风塔较佳位置；测风塔位置选择靠近风区中部的位置设置；
⑥测风塔位置选定后，通过风能资源分析软件进行风能资源成果误差分析，以该测风塔为代表，对风区内所有塔位进行风能资源模拟，计算各塔位模拟的年平均风速偏差值。
本发明测风塔位置的选择是在风区划分成果基础上进行测风塔最佳位置的选择，按照测风塔较佳位置选择标准，选择出风能资源分析准确性最佳的测风塔位置，并给出该位置测风塔对所在风区的风能资源分析成果误差。
本发明方法新颖，可操作性强，提高了风电场测风塔的代表性，论证充分，分析正确，成果合理。在满足风能资源分析与风电场发电量计算的准确性的要求下，大大减少了风电前期测风费用。该方法适用于国内和国外风电行业高山复杂地形条件下风电场的测风，具有很强的适用性，填补了复杂地形风电场测风阶段测风塔数量选择与布置的方法领域的空白。