复杂地形下的精细化风场预测方法与流程

本发明涉及风场预测领域，特别涉及一种复杂地形下的精细化风场预测方法。

背景技术：

1、随着近年来我国可再生能源行业的高速发展，天气对风力发电行业产生重要影响，精准的天气评估信息会对风电场的运行维护起到重要作用。目前国内主要还是依靠统计方法与数值气象评估技术，但是在地形以及微观环境变得复杂的情况下，其评估准确率往往不能达到准确要求。

2、当前，国内对中微尺度结合进行功率评估研究的单位是国家气象中心。但是，目前国内主要的功率评估技术方案仍只是将再分析评估数据或者中尺度评估数据与风机功率曲线直接结合，来进行发电功率的评估，无法得到精细化风电场高分辨率风速和功率图谱，无法得到每台风机差异性的功率评估结果。

3、这就导致存在如下诸多问题：

4、一、不能考虑全场尾流损失；

5、二、不能考虑个别风机停机而造成的尾流变化及对其它风机发电量的影响；

6、三、无法为风电场精细化管理与风险评估提供技术支撑。

7、有鉴于此，本申请发明人设计了一种复杂地形下的精细化风场预测方法，以期克服上述技术问题。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中发电功率的评估无法得到精细化风电场分辨率风速和功率图谱，无法得到每台风机差异性的功率评估结果的缺陷，提供一种复杂地形下的精细化风场预测方法。

2、本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

3、一种复杂地形下的精细化风场预测方法，其特点在于，所述复杂地形下的精细化风场预测方法包括以下步骤：

4、s1、基于计算流体力学的微尺度建模技术，采用基于风电场测风塔的历史测风数据的中尺度风速评估订正模块，对短期中尺度数值天气评估结果进行订正；

5、s2、建立风电场微尺度特性库：根据订正后的中尺度数值天气评估结果，在微尺度风场基础数据库中选出对应的风电场微尺度风场分布，分析计算出各台风电机组的自由来流风速；

6、s3、多级解耦mos校正；

7、s4、采用风电机组模拟发电功率订正模块得到修正后的每台风电机组模拟发电功率。

8、根据本发明的一个实施例，所述步骤s1中包括：

9、对于近地层风场，空气密度变化幅度相对较小，采用不可压缩流体条件对下垫面流体进行简化，则近地层风场内部流场满足三维不可压缩瞬时纳维叶-斯托克斯方程的基本形式为

10、

11、求解流体力学方程，包括质量和动量守恒的平均方程：

12、

13、

14、

15、

16、其中，u,v,w为笛卡儿坐标系(x,y,z)下平均风流矢量的分量，其中x和y为水平坐标，z为垂直坐标，p为压强的平均值，ρ为空气密度。

17、根据本发明的一个实施例，所述步骤s1中还包括湍流建模：借助湍流粘性的概念，以及平均变量的相关性和梯度之间的比例关系的模型假设，一系列湍流通量被参数化，得到如下方程：

18、

19、速度尺度由湍流动能k的平方根给出，如下：νt＝k1/2lt；

20、其中，lt为湍流尺度。

21、根据本发明的一个实施例，所述步骤s1中还包括设置边界条件，所述边界条件包括入口条件、地表条件和森林冠层模型。

22、根据本发明的一个实施例，所述步骤s1中还包括湍流强度的计算，所述湍流强度为计算得到的湍流动能的平方根与当地计算的平均风速之比。

23、根据本发明的一个实施例，所述步骤s1中还包括网格的生成：表面网格的生成和体积网格的生成。

24、根据本发明的一个实施例，所述步骤s1中还包括流场模拟计算结果及surfer文件输出：针对场区三维空间每个网格进行ns方程求解，最终得到三维空间任意点处的风流属性结果；

25、当得到三维空间流场模拟结果之后，可以选择某一指定高度，将其以surfer文件格式输出。

26、根据本发明的一个实施例，所述风流属性结果包括风加速因子、入流角、水平偏差和湍流强度。

27、根据本发明的一个实施例，所述步骤s2中包括风电场的微尺度风流场模拟：对指定风场进行定向模拟计算；

28、当完成所有定向模拟计算之后，导出定向计算结果，以surfer文件格式导出。

29、根据本发明的一个实施例，所述步骤s3中包括：根据scada系统和测风塔观测风速统计得到的功率曲线，计算得到各台风电机组的模拟发电功率；

30、利用微尺度风场基础数据库，输入校正期间测风塔观测风速，计算出对应的中尺度风速并与模式输出风速进行相关分析，获得校正关系。

31、本发明的积极进步效果在于：

32、本发明复杂地形下的精细化风场预测方法，综合考虑了复杂地形对风场的影响，通过数值模拟和数据融合的方式实现了精细化的风场预测。相比传统方法，本发明能够提供更准确、可靠和实用的风场信息，有助于优化风力发电系统的设计和运营管理。

技术特征：

1.一种复杂地形下的精细化风场预测方法，其特征在于，所述复杂地形下的精细化风场预测方法包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的复杂地形下的精细化风场预测方法，其特征在于，所述步骤s1中包括：

3.如权利要求1所述的复杂地形下的精细化风场预测方法，其特征在于，所述步骤s1中还包括湍流建模：借助湍流粘性的概念，以及平均变量的相关性和梯度之间的比例关系的模型假设，一系列湍流通量被参数化，得到如下方程：

4.如权利要求1所述的复杂地形下的精细化风场预测方法，其特征在于，所述步骤s1中还包括设置边界条件，所述边界条件包括入口条件、地表条件和森林冠层模型。

5.如权利要求1所述的复杂地形下的精细化风场预测方法，其特征在于，所述步骤s1中还包括湍流强度的计算，所述湍流强度为计算得到的湍流动能的平方根与当地计算的平均风速之比。

6.如权利要求1所述的复杂地形下的精细化风场预测方法，其特征在于，所述步骤s1中还包括网格的生成：表面网格的生成和体积网格的生成。

7.如权利要求1所述的复杂地形下的精细化风场预测方法，其特征在于，所述步骤s1中还包括流场模拟计算结果及surfer文件输出：针对场区三维空间每个网格进行ns方程求解，最终得到三维空间任意点处的风流属性结果；

8.如权利要求7所述的复杂地形下的精细化风场预测方法，其特征在于，所述风流属性结果包括风加速因子、入流角、水平偏差和湍流强度。

9.如权利要求1所述的复杂地形下的精细化风场预测方法，其特征在于，所述步骤s2中包括风电场的微尺度风流场模拟：对指定风场进行定向模拟计算；

10.如权利要求1所述的复杂地形下的精细化风场预测方法，其特征在于，所述步骤s3中包括：根据scada系统和测风塔观测风速统计得到的功率曲线，计算得到各台风电机组的模拟发电功率；

技术总结
本发明提供了一种复杂地形下的精细化风场预测方法，其包括以下步骤：S<subgt;1</subgt;、基于计算流体力学的微尺度建模技术，采用基于风电场测风塔的历史测风数据的中尺度风速评估订正模块，对短期中尺度数值天气评估结果进行订正；S<subgt;2</subgt;、建立风电场微尺度特性库：根据订正后的中尺度数值天气评估结果，在微尺度风场基础数据库中选出对应的风电场微尺度风场分布，分析计算出各台风电机组的自由来流风速；S<subgt;3</subgt;、多级解耦MOS校正；S<subgt;4</subgt;、采用风电机组模拟发电功率订正模块得到修正后的每台风电机组模拟发电功率。本发明实现了精细化的风场预测，提供了更准确、可靠和实用的风场信息，有助于优化风力发电系统的设计和运营管理。

技术研发人员：王冠,段森,侯金锁,李凯,李婉嘉
受保护的技术使用者：上海能源科技发展有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22