复杂地形风电场风切变指数计算方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种复杂地形风电场风切变指数计算方法和系统，方法包括：获取测风塔实测各高度风速，根据风电场风能资源评估方法初步计算两层高度之间风切变指数和综合风切变指数；若综合风切变指数大于阈值或者两层高度之间风切变指数出现负值，分月份计算风切变指数，分析风切变指数月变化规律，绘制风切变指数、气温、风速月变化曲线；绘制风切变指数风向分布图，分析风切变指数受地形影响情况；统计部分高度、部分风速段风切变指数，分析有效风速和有效高度范围内风切变情况；选取适宜的风切变指数用于计算轮毂高度处风能资源。选取合理的计算结果推算轮毂高度处风能资源，反映风速垂向变化情况，提高发电量计算结果的准确度。度。度。

【技术实现步骤摘要】
复杂地形风电场风切变指数计算方法及系统


[0001]本专利技术属于风能资源利用
，具体涉及复杂地形风电场风切变指数计算方法及系统。

技术介绍

[0002]随着经济社会的快速发展，新能源发电在电力系统中的地位显著提升，装机容量逐年增长，尤其是风电和太阳能。
[0003]从风电发展看，年均风速相对较高，轮毂高度多在80m高度左右，风电的装机主力向中东部地区转移，开发区域年均风速相对较低，风电场所处地形越来越复杂，风场以低风速为主，风资源相对较差会影响项目整体收益水平，需要提高风资源的利用效率，大叶片、高轮毂的高效能风机应运而生。
[0004]提升轮毂高度与否、选取什么高度的轮毂完全取决于风切变指数。风切变指数表征风速随高度的变化程度，其值大表示风能随高度增加的快，风速梯度大；其值小表示风能随高度增加的慢，风速梯度小。由于地形与大气层稳定度等因素的影响，风速随高度变化的程度不同，因此风切变指数的大小也各异。受测风塔安装位置及周边环境的影响，风切变的计算结果会出现较大和负风切变的“假象”，根据测风仪器安装高度测得的风速采用公式计算出风切变指数的方法相对笼统，未能考虑到特殊情况下风切变指数的计算和选取。现有的研究中有提出考虑多种情况下的风切变指数计算方法，但是未能给出如何选取和判定的结论，多是为了对特殊情况下的风切变指数的分布特性做出分析。风切变指数是非常重要的风资源参数，在估算风力发电机组发电量时，需要推算出轮毂高度的风况，风切变指数的准确与否直接影响了推算风机轮毂高度的风况，进而影响到风力发电机组的选型和发电量的估算，最终影响到风电场经济效益的评估。

技术实现思路

[0005]本专利技术是为了解决目前针对大风切变和负风切变出现时，因未考虑测风塔地理位置、周边环境等特殊情况对其产生的影响，只采用传统方法选取的风切变指数不能反映实际情况，代表不了测风塔表征区域范围内平均风切变指数情况的问题，提供一种复杂地形风电场风切变指数计算方法及系统。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：
[0007]一种复杂地形风电场风切变指数计算方法，包括以下步骤：
[0008]获取测风塔实测各高度风速，根据风电场风能资源评估方法初步计算两层高度之间风切变指数和综合风切变指数；
[0009]判断综合风切变指数是否大于阈值，两层高度之间风切变指数是否出现负值，若计算出的风切变指数小于阈值并且也没有出现负值，则直接选取综合风切变指数推算轮毂高度处风能资源；若判断综合风切变指数大于阈值或者两层高度之间风切变指数出现负值，则进入下一步；
[0010]分月份计算风切变指数，分析风切变指数月变化规律，绘制风切变指数、气温、风速月变化曲线；绘制风切变指数风向分布图，分析风切变指数受地形影响情况；统计部分高度、部分风速段风切变指数，分析有效风速和有效高度范围内风切变指数情况；
[0011]基于分析结果，计算各月综合风切变指数α
m
、16风向风切变指数α
D
、去掉部分高度后风切变指数α
h
和指定风速范围内风切变指数α
v
；结合测风塔所处地理位置和气候条件因素，选取适宜的风切变指数用于计算轮毂高度处风能资源。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，所述分析风切变指数月变化规律具体是：
[0013]由各月平均风速拟合得到的12个月的综合风切变指数；选取与年均风速和年均气温相对应或最接近的月份所在的作为风切变指数取值；
[0014]分析风切变指数受地形影响情况具体为：
[0015]分多个风向计算各风向上各高度的综合风切变指数，绘制风切变指数分布玫瑰图；选取主导风向上所对应的综合风切变指数作为该方法下风切变指数的取值。
[0016]作为本专利技术的进一步改进，分析有效风速和有效高度范围内风切变情况具体为：
[0017]对于测风塔低层高度或者出现负风切变现象的高度层，去掉低层高度或去掉出现负风切的高度层，计算综合风切变指数；
[0018]对于出现风切变较高的地形复杂的低风速风电场，风速威布尔分布集中在3m/s～7m/s之间，选取各高度层3m/s～20m/s风速段计算综合风切变指数。
[0019]作为本专利技术的进一步改进，所述两层高度之间风切变指数计算的方法如下：
[0020][0021]式中，v1为h1高度对应的平均风速，v2为h2高度对应的平均风速。
[0022]作为本专利技术的进一步改进，选取适宜的风切变指数用于计算轮毂高度处风能资源具体包括：
[0023]计算各月综合风切变指数α
m
、16风向风切变指数α
D
、去掉部分高度后风切变指数α
h
和指定风速范围内风切变指数α
v
之间的标准偏差σ
i
，求得σ
i
的最小值，选取与σ
i
最小值对应的α
i
为风切变指数。
[0024]作为本专利技术的进一步改进，综合风切变指数大于阈值时，计算各月综合风切变指数α
m
、16风向风切变指数α
D
、去掉部分高度后风切变指数α
h
和指定风速范围内风切变指数α
v
之间的标准差值σ，计算方法如下：
[0025][0026]式中α
i
为α
m
、α
D
、α
h
和α
v
，选取标准差的最小值对应的α
i
作为综合风切变数值较大时最终选用的风切变指数。
[0027]作为本专利技术的进一步改进，两层高度之间风切变指数出现负风切变现象时，计算各月综合风切变指数α
m
、16风向风切变指数α
D
、去掉部分高度后风切变指数α
h
和指定风速范围内风切变指数α
v
之间的标准差值σ
*
，计算方法如下：
[0028][0029]式中α
i*
为α
m
、α
D
、和α
v
，选取标准差的最小值对应的α
i*
作为两层高度出现负风切变时最终选用的风切变指数。
[0030]一种复杂地形风电场风切变指数计算系统，包括：
[0031]初步计算模块，用于获取测风塔实测各高度风速，根据风电场风能资源评估方法初步计算两层高度之间风切变指数和综合风切变指数；
[0032]判断模块，用于判断综合风切变指数是否大于阈值，两层高度之间风切变指数是否出现负值，若计算出的风切变指数小于阈值并且也没有出现负值，则直接选取综合风切变指数推算轮毂高度处风能资源；若判断综合风切变指数大于阈值或者两层高度之间风切变指数出现负值，则进入下一步；
[0033]分析模块，用于分月份计算风切变指数，分析风切变指数月变化规律，绘本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复杂地形风电场风切变指数计算方法，其特征在于，包括以下步骤：获取测风塔实测各高度风速，根据风电场风能资源评估方法初步计算两层高度之间风切变指数和综合风切变指数；判断综合风切变指数是否大于阈值，两层高度之间风切变指数是否出现负值，若计算出的风切变指数小于阈值并且也没有出现负值，则直接选取综合风切变指数推算轮毂高度处风能资源；若判断综合风切变指数大于阈值或者两层高度之间风切变指数出现负值，则进入下一步；分月份计算风切变指数，分析风切变指数月变化规律，绘制风切变指数、气温、风速月变化曲线；绘制风切变指数风向分布图，分析风切变指数受地形影响情况；统计部分高度、部分风速段风切变指数，分析有效风速和有效高度范围内风切变指数情况；基于分析结果，计算各月综合风切变指数α
m
、16风向风切变指数α
D
、去掉部分高度后风切变指数α
h
和指定风速范围内风切变指数α
v
；结合测风塔所处地理位置和气候条件因素，选取适宜的风切变指数用于计算轮毂高度处风能资源。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分析风切变指数月变化规律具体是：由各月平均风速拟合得到的12个月的综合风切变指数；选取与年均风速和年均气温相对应或最接近的月份所在的作为风切变指数取值；分析风切变指数受地形影响情况具体为：分多个风向计算各风向上各高度的综合风切变指数，绘制风切变指数分布玫瑰图；选取主导风向上所对应的综合风切变指数作为该方法下风切变指数的取值。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，分析有效风速和有效高度范围内风切变情况具体为：对于测风塔低层高度或者出现负风切现象的高度层，去掉低层高度或去掉出现负风切的高度层，计算综合风切变指数；对于出现风切变较高的地形复杂的低风速风电场，风速威布尔分布集中在3m/s～7m/s之间，选取各高度层3m/s～20m/s风速段计算综合风切变指数。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述两层高度之间风切变指数计算的方法如下：式中，v1为h1高度对应的平均风速，v2为h2高度对应的平均风速。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，选取适宜的风切变指数用于计算轮毂高度处风能资源具体包括：计算各月综合风切变指数α
m
、16风向风切变指数α
D
、去掉部分高度后风切变指数α
h
和指定风速范围内风切变指数α
v
之间的标准偏差σ
i
，求得σ
i
的最小值，选取与σ
i
最小值对应的α
i
为风切变指数。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，综合风切变指数大于阈值时，计算各月综合风切变指数α
m
、16风向风切变指数α
D
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建峰，甄黎，陈国武，李峰，刘强博，李娜，
申请(专利权)人：中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：