一种基于风频分布订正的虚拟测风方法技术

本发明专利技术公开了一种基于风频分布订正的虚拟测风方法，包括以下步骤：步骤一、收集距离虚拟测风塔最近的实设测风塔，获得实测数据；步骤二、提取步骤一中实际测风塔m高度层的风速风向数据，进行代表年订正，利用风速风向数据，构建实设测风塔m高度层的风频数据文件；步骤三、提取虚拟测风塔和实设测风塔m高度层的风频数据文件；步骤四、构建同比例风频趋势订正算法模型；步骤五、利用建立的同比例风频趋势订正算法模型，对提取的虚拟测风塔的m高度层各风速段和各风向的风频趋势进行订正。本发明专利技术通过构建风频等比例订正算法模型，对高分辨率数值模拟风场进行风电场级别的误差订正，克服了基于数值模拟的虚拟测风方法准确度不够的不足。不足。不足。

【技术实现步骤摘要】
一种基于风频分布订正的虚拟测风方法


[0001]本专利技术属于风电场风资源评估
，具体涉及一种基于风频分布订正的虚拟测风方法。

技术介绍

[0002]随着平价上网时代的到来，风电开发也由粗放式逐渐向精益化发展转变。分散式风电作为将来的发展方向之一，具有风资源分散、风况条件复杂、缺乏测风数据的特点，尤其是测风数据的缺乏，大大增加了项目开发的收益风险。
[0003]近年来，为解决测风塔数据缺乏、开发成本高、开发周期长等的问题，出现了虚拟测风技术。虚拟测风技术因不需设立测风塔，节约立塔成本及观测时间等优点而得到广泛发展和应用。目前，比较认可的一种虚拟测风方法就是采用中尺度数值天气预报模式(比如天气预报模式WRF)对目标区域的风场进行模拟，通过插值计算来获取目标测风塔处的风场结果，以此构建虚拟测风塔。然而中尺度数值模式模拟风场的空间分辨率较低，模拟精度也不够，无法满足风资源评估需求。在这种情况下通常采用小尺度数值模式(比如小尺度动力诊断模式CALMET)通过动力降尺度的方法对模拟风场进行进一步降尺度分析，以获取高分辨率的风场模拟结果。这种数值模拟的方法虽然避免了因设立测风塔而花费的高昂成本，以及缩短了风电场开发周期，并且在模式模拟的时候已经同化了一些观测资料，也利用测风塔数据对模拟结果进行了订正，但是受到测风塔数据数量的限制，以及空间分布的不均匀性，使得有些地区经过处理的模拟结果与实际观测值之间仍然存在较大偏差，尤其是在我国西南的一些复杂山地地区。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种基于风频分布订正的虚拟测风方法，本专利技术基于中尺度数值天气预报模式WRF和小尺度动力诊断模式WALMET的模拟风场数据，利用风频等比例订正算法，对高分辨率数值模拟风场进行风电场级别的误差订正，克服了基于数值模拟的虚拟测风方法准确度不够的缺陷。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]本专利技术提供一种基于风频分布订正的虚拟测风方法，包括以下步骤：
[0007]步骤一、收集距离虚拟测风塔最近的实设测风塔，获得实设测风塔的实测数据；
[0008]步骤二、提取步骤一中实际测风塔m高度层的风速风向数据，并进行代表年订正，利用代表年订正的风速风向数据，构建实设测风塔m高度层的风频数据文件；
[0009]步骤三、读取和解析已有的高分辨率精细化格点数据文件，通过插值计算，提取虚拟测风塔和实设测风塔m高度层的风频数据文件；
[0010]步骤四、基于提取的实设测风塔m高度层的风频数据文件和实测的实设测风塔m高度层的风频数据文件，构建同比例风频趋势订正算法模型；
[0011]步骤五、利用建立的同比例风频趋势订正算法模型，对提取的虚拟测风塔的m高度
层各风速段和各风向的风频趋势进行订正，得到订正后的虚拟测风塔m高度层的风频数据文件。
[0012]进一步地，所述步骤一中，实设测风塔与虚拟测风塔的地形相似，海拔落差不超过300m；平坦地形中，虚拟测风塔与实设测风塔的距离不超过30公里，复杂山地中，虚拟测风塔与实设测风塔的距离不超过5公里。
[0013]进一步地，所述步骤二中，对收集到的实设测风塔的实测数据进行质控、加工、处理，即通过筛查对测风塔观测数据进行质控处理，去除其冰冻的数据、故障数据、缺失数据及无效数据。
[0014]更进一步地，所述步骤二中，若不存在m高度层的数据，则利用临近层的风速数据通过风切变指数插值计算得到m高度层的风速数据，风向数据用临近层替代。
[0015]更进一步地，所述步骤二中，风速风向数据的代表年WS
代表年
订正过程如下：
[0016]S2.1、通过计算实设测风塔观测时间段内m高度层风速数据的平均值，得到实设测风塔m高度层的参考年实测风速WS
实测
；
[0017]S2.2、获取实设测风塔站点附近对应高度层m的近30年的风速风向数据库中逐月平均再分析数据，计算实设风塔对应观测时间段内的平均风速，得到测风塔m高度层的同期风速WS
同期
；
[0018]S2.3、根据实设测风塔观测时间段的起止月份，选取相应月份作为近30年的起止时间点，计算近30年逐月平均风速的平均值，得到测风塔m高度层的中尺度30年平均风速WS
中尺度
；
[0019][0020]进一步地，所述步骤二中，实设测风塔m高度层的风频数据文件包括：各风向风频参数、各风速段风频参数、风频参数标准化的计算和处理；
[0021]各风向风频参数包括：统计计算测风塔m高度层测风数据16个扇区的风向频率值，风向范围0～360
°
，间隔22.5
°
；
[0022]各风速段风频参数包括：统计计算测风塔m高度层测风数据50个风速段的风速频率值，风速范围0～50m/s，间隔1m/s；
[0023]风频参数标准化的计算和处理包括：对16个扇区的风向频率值和50个风速段的风速频率值进行标准化处理，使得16个扇区的风向频率值总和是100，每个扇区中50个风速段的风速频率总和是1000，构建实设测风塔m高度层的风频数据文件。
[0024]进一步地，所述步骤三中，根据读取和解析已有的高分辨率精细化格点数据文件中的数据，采用最近4个网格点反距离权重系数加权插值算法，提取实设测风塔和虚拟测风塔m高度层的风频数据文件。
[0025]所述的高分辨率精细化格点风频数据文件的生产，以探空气象站的探空和地面实测数据作为分型依据，以风速、风向和日最大混合层高度为分型因子，共分为256种类型，从每种类型中分别挑选典型日进行数值模拟计算。
[0026]所述的数值模拟系统采用中尺度气象模式WRF和微尺度气象模块Calmet模式，模拟时采用NCEP再分析资料融合气象站和测风塔实测数据的真实场作为模式初始和边界条件。WRF模式采用两重嵌套，水平分辨率为27km和9km，WRF模式第2重嵌套模拟区域之间重合
率为33％。Calmet模式水平分辨率为200m，模拟计算以一个典型日为一个算例，输出时间间隔为1h，垂直高度层共9层(70m/80m/90m/100m/110m/120m/130m/140m/150m)，模式采用LCC投影，标准纬度为25
°
和45
°
，中心原点为东经105
°
和北纬37
°
。同时，将模式输出结果处理成风频TAB文件，得到高分辨率精细化格点风频数据产品
[0027]进一步地，所述步骤四中，同比例风频趋势订正算法模型的构建包括以下步骤：
[0028]S4.1、提取的实设测风塔m高度层的风频数据文件和实测的实设测风塔m高度层的风频数据文件中50个风速段的风速频率值，计算不同风速段的风频比例系数：
[0029][0030]其中，实测的实设测风塔16个扇区的风频fo
WD
(i)，i＝1，2，.本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于风频分布订正的虚拟测风方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、收集距离虚拟测风塔最近的实设测风塔，获得实设测风塔的实测数据；步骤二、提取步骤一中实际测风塔m高度层的风速风向数据，并进行代表年订正，利用代表年订正的风速风向数据，构建实设测风塔m高度层的风频数据文件；步骤三、读取和解析已有的高分辨率精细化格点数据文件，通过插值计算，提取虚拟测风塔和实设测风塔m高度层的风频数据文件；步骤四、基于提取的实设测风塔m高度层的风频数据文件和实测的实设测风塔m高度层的风频数据文件，构建同比例风频趋势订正算法模型；步骤五、利用建立的同比例风频趋势订正算法模型，对提取的虚拟测风塔的m高度层各风速段和各风向的风频趋势进行订正，得到订正后的虚拟测风塔m高度层的风频数据文件。2.如权利要求1所述的一种基于风频分布订正的虚拟测风方法，其特征在于，所述步骤一中，实设测风塔与虚拟测风塔的地形相似，海拔落差不超过300m；平坦地形中，虚拟测风塔与实设测风塔的距离不超过30公里，复杂山地中，虚拟测风塔与实设测风塔的距离不超过5公里。3.如权利要求1所述的一种基于风频分布订正的虚拟测风方法，其特征在于，所述步骤二中，对收集到的实设测风塔的实测数据进行质控、加工、处理，即通过筛查对测风塔观测数据进行质控处理，去除其冰冻的数据、故障数据、缺失数据及无效数据。4.如权利要求1所述的一种基于风频分布订正的虚拟测风方法，其特征在于，所述步骤二中，若不存在m高度层的数据，则利用临近层的风速数据通过风切变指数插值计算得到m高度层的风速数据，风向数据用临近层替代。5.如权利要求1所述的一种基于风频分布订正的虚拟测风方法，其特征在于，所述步骤二中，风速风向数据的代表年WS
代表年
订正过程如下：S2.1、通过计算实设测风塔观测时间段内m高度层风速数据的平均值，得到实设测风塔m高度层的参考年实测风速WS
实测
；S2.2、获取实设测风塔站点附近对应高度层m的近30年的风速风向数据库中逐月平均再分析数据，计算实设风塔对应观测时间段内的平均风速，得到测风塔m高度层的同期风速WS
同期
；S2.3、根据实设测风塔观测时间段的起止月份，选取相应月份作为近30年的起止时间点，计算近30年逐月平均风速的平均值，得到测风塔m高度层的中尺度30年平均风速WS
中尺度
；6.如权利要求1所述的一种基于风频分布订正的虚拟测风方法，其特征在于，所述步骤二中，实设测风塔m高度层的风频数据文件包括：各风向风频参数、各风速段风频参数、风频参数标准化的计算和处理；各风向风频参数包括：统计计算测风塔m高度层测风数据16个扇区的风向频率值，风向范围0～360
°
，间隔22.5
°
；各风速段风频参数包括：统计计算测风塔m高度层测风数据50个风速段的风速频率值，风速范围0～50m/s，间隔1m/s；风频参数标准化的计算和处理包括：对16个扇区的风向频率值和5...

【专利技术属性】
技术研发人员：石文静，白晓勇，李磊，杜志啸，彭银银，王清哲，贾作，陈宇升，龚勋，董惠隆，付佳，
申请(专利权)人：中船航海科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：