利用测风塔实测风速数据确定大气稳定度的方法和装置与流程

本发明涉及风力发电领域，具体涉及利用测风塔实测风速数据确定大气稳定度的方法和装置。

背景技术：

1、在大气边界层中，大气稳定度是衡量大气湍流运动强弱的一个重要指标。不同大气稳定度条件下，大气的湍流强度及风切变指数有显著变化，因此准确计算当地环境条件下的大气稳定度对于风能资源评估的准确性以及风力机运行特性的研究具有重要意义。

2、当前，大气稳定度的确定方法主要有莫宁-奥布霍夫长度法、梯度理查森数法、总体理查森数法等，每种方法均需要利用不同高度层的温度和速度等数据来计算大气稳定度。风电场建设过程中一般会设立测风塔，通过在不同高度层安装风速测量装置和温度测量装置来得到风速和温度数据，进而计算大气稳定度。然而，以上几种方法所需计算参数较多，需要同时处理风速和温度数据，计算也较为复杂。

技术实现思路

1、因此，本发明提供了利用测风塔实测风速数据确定大气稳定度的方法和装置，在确定大气稳定度时仅使用了测风塔的不同高度层风速数据，所需计算参数少，计算方法简单快捷，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、第一方面，本发明实施例提供利用测风塔实测风速数据确定大气稳定度的方法，包括：

4、提取测风塔预设时间范围内预设高度层的实测风速数据，记为第一时序集合，并基于预设选取方法对其进行选取得到大气环境中性状态的风速数据，记为第二时序集合；

5、对第一时序集合和第二时序集合分别进行预设数据处理，对应得到第一时均对数集合和第二时均对数集合；

6、根据大气边界层不同位置的风速与高度对应的关系式，对第二时均对数集合进行拟合，确定拟合参数；根据拟合参数和关系式，对第一时均对数集合进行拟合，确定风廓线稳定度修正参数；

7、根据风廓线稳定度修正参数与莫宁-奥布洛夫长度的关系式计算莫宁-奥布洛夫长度，并根据莫宁-奥布洛夫长度以及稳定度判别标准确定大气稳定度的级别。

8、优选地，基于预设选取方法对其进行选取得到大气环境中性状态的风速数据的过程，包括：

9、在第一时序集合中，将每个高度层每个时刻的风速数据按照风速大小进行排序，从中选取预设比例的高风速样本数据，得到大气环境中性状态的风速数据。

10、优选地，预设数据处理包括：求时均值处理和取对数处理。

11、优选地，大气边界层不同位置的风速与高度对应的关系式为：

12、

13、其中，u为大气边界层不同位置的风速，z为每个高度层的高度，u*为摩擦速度，k为冯卡门常数，z0为地表粗糙度，ψm为风廓线稳定度修正参数。

14、优选地，确定拟合参数的过程，包括：

15、当大气环境处于中性状态时，风廓线稳定度修正参数ψm＝0，则大气边界层不同位置的风速与高度对应的关系式为：

16、将第二时均对数集合带入上述关系式得到拟合参数，拟合参数为和ln z0。

17、优选地，根据风廓线稳定度修正参数与莫宁-奥布洛夫长度的关系式计算莫宁-奥布洛夫长度的过程，包括：

18、根据风廓线稳定度修正参数与莫宁-奥布洛夫长度的关系式，得到莫宁-奥布洛夫长度l的公式为：

19、

20、其中，z为每个高度层的高度。

21、优选地，稳定度判别标准为：

22、当-100≤l<0时，大气环境处于强不稳定状态；

23、当-500≤l<-100时，大气环境处于不稳定状态；

24、当|l|>500时，大气环境处于中性状态；

25、当100≤l<500时，大气环境处于稳定状态；

26、当0≤l<100时，大气环境处于强稳定状态。

27、第二方面，本发明实施例提供利用测风塔实测风速数据确定大气稳定度的装置，包括：

28、数据获取单元，用于提取测风塔预设时间范围内预设高度层的实测风速数据，记为第一时序集合，并基于预设选取方法对其进行选取得到大气环境中性状态的风速数据，记为第二时序集合；

29、数据处理单元，用于对第一时序集合和第二时序集合分别进行预设数据处理，对应得到第一时均对数集合和第二时均对数集合；

30、参数确定单元，用于根据大气边界层不同位置的风速与高度对应的关系式，对第二时均对数集合进行拟合，确定拟合参数；根据拟合参数和关系式，对第一时均对数集合进行拟合，确定风廓线稳定度修正参数；

31、大气稳定度确定单元，用于根据风廓线稳定度修正参数与莫宁-奥布洛夫长度的关系式计算莫宁-奥布洛夫长度，并根据莫宁-奥布洛夫长度以及稳定度判别标准确定大气稳定度的级别。

32、第三方面，本发明实施例提供一种计算机设备，包括：至少一个处理器，以及与至少一个处理器通信连接的存储器，其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器执行本发明实施例第一方面的利用测风塔实测风速数据确定大气稳定度的方法。

33、第四方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机指令，计算机指令用于使计算机执行本发明实施例第一方面的利用测风塔实测风速数据确定大气稳定度的方法。

34、本发明技术方案，具有如下优点：

35、本发明提供的利用测风塔实测风速数据确定大气稳定度的方法和装置，方法包括：提取测风塔预设时间范围内预设高度层的实测风速数据，记为第一时序集合，并基于预设选取方法对其进行选取得到大气环境中性状态的风速数据，记为第二时序集合；对第一时序集合和第二时序集合分别进行预设数据处理对应得到第一时均对数集合和第二时均对数集合；根据大气边界层不同位置的风速与高度对应的关系式，对第二时均对数集合进行拟合，确定拟合参数；根据拟合参数和关系式，对第一时均对数集合进行拟合，确定风廓线稳定度修正参数；根据风廓线稳定度修正参数与莫宁-奥布洛夫长度的关系式计算莫宁-奥布洛夫长度，并根据莫宁-奥布洛夫长度以及稳定度判别标准确定大气稳定度的级别。通过本发明提供的确定大气稳定度的方法和装置，仅使用了测风塔的不同高度层的风速数据，所需计算参数少，计算方法简单快捷。

技术特征：

1.一种利用测风塔实测风速数据确定大气稳定度的方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的利用测风塔实测风速数据确定大气稳定度的方法，其特征在于，所述基于预设选取方法对其进行选取得到大气环境中性状态的风速数据的过程，包括：

3.根据权利要求1所述的利用测风塔实测风速数据确定大气稳定度的方法，其特征在于，所述预设数据处理包括：求时均值处理和取对数处理。

4.根据权利要求1所述的利用测风塔实测风速数据确定大气稳定度的方法，其特征在于，所述大气边界层不同位置的风速与高度对应的关系式为：

5.根据权利要求4所述的利用测风塔实测风速数据确定大气稳定度的方法，其特征在于，所述确定拟合参数的过程，包括：

6.根据权利要求1所述的利用测风塔实测风速数据确定大气稳定度的方法，其特征在于，所述根据风廓线稳定度修正参数与莫宁-奥布洛夫长度的关系式计算莫宁-奥布洛夫长度的过程，包括：

7.根据权利要求6所述的利用测风塔实测风速数据确定大气稳定度的方法，其特征在于，所述稳定度判别标准为：

8.一种利用测风塔实测风速数据确定大气稳定度的装置，其特征在于，包括：

9.一种计算机设备，其特征在于，包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行权利要求1-7中任一所述的利用测风塔实测风速数据确定大气稳定度的方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行权利要求1-7中任一所述的利用测风塔实测风速数据确定大气稳定度的方法。

技术总结
本发明公开了利用测风塔实测风速数据确定大气稳定度的方法和装置，方法包括：提取测风塔预设时间范围内预设高度层的实测风速数据，记为第一时序集合，对其基于预设选取方法得到大气环境中性状态的风速数据，记为第二时序集合；对第一和第二时序集合分别进行预设数据处理得到第一和第二时均对数集合；根据大气边界层不同位置的风速与高度对应的关系式对第二时均对数集合进行拟合确定拟合参数，再对第一时均对数集合进行拟合确定风廓线稳定度修正参数；根据莫宁‑奥布洛夫长度关系式计算莫宁‑奥布洛夫长度，并结合稳定度判别标准用于确定大气稳定度的级别。本发明提供的确定大气稳定度的方法和装置具有计算参数少以及计算简单快捷的优势。

技术研发人员：张子良,文仁强,杜梦蛟,易侃,张皓,王浩
受保护的技术使用者：中国长江三峡集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13