一种基于测风数据优化模型的复杂地形风资源计算方法技术

本发明专利技术涉及风电场风资源评估技术领域，具体公开了一种基于测风数据优化模型的复杂地形风资源计算方法，包括如下步骤；S1、输入数据的前置处理；S2、耦合大气边界层热稳定度对数值计算影响；S3、求解基于不可压稳态雷诺平均方程；S4、数据的后置处理；S5、生成风资源评估报告；本发明专利技术针对风电场风资源计算提供了包括测风塔数据前处理、CFD计算、湍流模型、后处理等全过程的解决方案，并将大气稳定度直接加入风速计算；通过测风数据分析模块计算大气稳定度，并将结果与湍流模型参数耦合，提高了计算的实际物理现象准确性；通过测风数据分析模块计算大气稳定度，进一步增加不同稳定度下的定向扇区划分，并在后处理中加权平均，从而提高了计算精度。了计算精度。了计算精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于测风数据优化模型的复杂地形风资源计算方法


[0001]本专利技术涉及风电场风资源评估
，具体为一种基于测风数据优化模型的复杂地形风资源计算方法。

技术介绍

[0002]随着计算机性能的提高，高精度的计算流体力学计算(CFD)已经被广泛的用于工业设备的设计制造。近几年来，风电场的前期风资源普查也越来越依赖于CFD计算。目前风资源计算软件的核心流程是确定风场范围后，计算不同风向条件下流场，得出参考点位和风机点位风速比，再结合风力发电机组功率曲线得出发电量。
[0003]目前工业界主流商用CFD软件如Fluent，Star
‑
CCM+，NUMECA等均可用于风场相关研究。然而因为专业性和易操作性，目前大部分风资源计算软件平台为WindSim和Meteodyn WT，大量的工程应用和研究表明，这些软件并不完全适用于我国目前待开发风电场，目前待开发地区的地形普遍较为复杂，大气边界层热稳定度对风切变有极大的影响。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于测风数据优化模型的复杂地形风资源计算方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于测风数据优化模型的复杂地形风资源计算方法，包括如下步骤；
[0006]S1、输入数据的前置处理；
[0007]S2、耦合大气边界层热稳定度对数值计算影响；
[0008]S3、求解基于不可压稳态雷诺平均方程；
[0009]S4、数据的后置处理；
[0010]S5、生成风资源评估报告。
[0011]优选的，所述步骤S1中，对测风数据、地形数据、粗糙度数据进行处理并进行网格划分。
[0012]优选的，所述网格划分对任意地形生成基于cartersian坐标的非结构化网格，网格的具体生成步骤为：
[0013]步骤一：读入风机点位和测风塔点位，取以上点位平均值为中心点，并在核心区域基础上扩张，确定正方形计算域底面的大小，同时根据地形图海拔数据确定整个计算域高度，从而确定正方体计算域的大小；
[0014]步骤二：将计算域的底面按照用户定义文件中的网格大小和扩展率划分为相应数量的四边面，并将整个三维计算域按照纵向扩展率划分成相应数量的六面体；
[0015]步骤三：读入当前定向计算的角度，将步骤二生成的点左边乘以旋转矩阵[cosθ
‑
sinθ；sinθcosθ]，即可得到当前方向的网格节点后，生成相应网格。
[0016]优选的，所述步骤S2中，通过测风数据计算热稳定度，并进一步推算湍流模型参
数。
[0017]优选的，所述步骤S2中，湍流粘度系数的参数通过分析测风数据得到；在中性大气边界层计算结果的基础上，增加运算多个不同Monin
‑
Obukov长度下的定向计算，并对不同Monin
‑
Obukov长度下的计算结果进行加权平均。
[0018]优选的，所述步骤S3中，在不可压稳态雷诺平均方程的基础上加入使用Boussinesq计算的浮力项，求解不同风扇区、不同边界层热稳定度下的风加速因子，即求得各机位点和测风塔位置风速比。
[0019]优选的，所述步骤S4中，根据测风数据通过不同风扇区、边界层热稳定度下风加速因子外推风机点位风速，进而计算发电量、湍流强度、风切变参数，并对多个测风塔互推校正计算、机位点进行优化。
[0020]优选的，所述发电量的计算通过测风数据结合CFD计算得到的风加速因子和尾流衰减因子得到机位点处风速，然后将该风速数据按照风向和风速划分为二维bin和相应概率，之后结合风机功率曲线计算得到一年的等效发电小时数。
[0021]优选的，所述机位点的优化采用基于粒子群算法的优化系统。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术针对复杂风况、地形区域的风电场风资源计算提供了包括测风塔数据前处理、CFD计算、湍流模型、后处理等全过程的解决方案；通过增加温度运输方程，将大气稳定度直接加入风速计算；通过测风数据分析模块计算大气稳定度，并将结果与湍流模型参数耦合，提高了计算的实际物理现象准确性；通过测风数据分析模块计算大气稳定度，进一步增加不同稳定度下的定向扇区划分，并在后处理中加权平均，从而提高了计算精度。
附图说明
[0023]图1为本专利技术的流程图。
具体实施方式
[0024]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0025]请参阅图1，本专利技术提供一种技术方案：一种基于测风数据优化模型的复杂地形风资源计算方法，包括如下步骤；
[0026]S1、输入数据的前置处理；
[0027]S2、耦合大气边界层热稳定度对数值计算影响；
[0028]S3、求解基于不可压稳态雷诺平均方程；
[0029]S4、数据的后置处理；
[0030]S5、生成风资源评估报告。
[0031]进一步的，所述步骤S1中，对测风数据、地形数据、粗糙度数据进行处理并进行网格划分。
[0032]进一步的，所述网格划分对任意地形生成基于cartersian坐标的非结构化网格，
网格的具体生成步骤为：
[0033]步骤一：读入风机点位和测风塔点位，取以上点位平均值为中心点，并在核心区域基础上扩张，确定正方形计算域底面的大小，同时根据地形图海拔数据确定整个计算域高度，从而确定正方体计算域的大小；
[0034]步骤二：将计算域的底面按照用户定义文件中的网格大小和扩展率划分为相应数量的四边面，并将整个三维计算域按照纵向扩展率划分成相应数量的六面体；
[0035]步骤三：读入当前定向计算的角度，将步骤二生成的点左边乘以旋转矩阵[cosθ
‑
sinθ；sinθcosθ]，即可得到当前方向的网格节点后，生成相应网格。
[0036]进一步的，所述步骤S2中，通过测风数据计算热稳定度，并进一步推算湍流模型参数。
[0037]进一步的，所述步骤S2中，湍流粘度系数的参数通过分析测风数据得到；在中性大气边界层计算结果的基础上，增加运算多个不同Monin
‑
Obukov长度下的定向计算，并对不同Monin
‑
Obukov长度下的计算结果进行加权平均。
[0038]进一步的，所述步骤S3中，在不可压稳态雷诺平均方程的基础上加入使用Boussinesq计算的浮力项，求解不同风扇区、不同边界层热稳定度下的风加速因子，即求得各机位点和测风塔位置风速比。
[0039]进一步的，所述步骤S4中，根据测风数据通过不同风扇区、边界层热稳定度下风加速因子外推风机点位风速本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于测风数据优化模型的复杂地形风资源计算方法，其特征在于：包括如下步骤；S1、输入数据的前置处理；S2、耦合大气边界层热稳定度对数值计算影响；S3、求解基于不可压稳态雷诺平均方程；S4、数据的后置处理；S5、生成风资源评估报告。2.根据权利要求1所述的一种基于测风数据优化模型的复杂地形风资源计算方法，其特征在于：所述步骤S1中，对测风数据、地形数据、粗糙度数据进行处理并进行网格划分。3.根据权利要求2所述的一种基于测风数据优化模型的复杂地形风资源计算方法，其特征在于：所述网格划分对任意地形生成基于cartersian坐标的非结构化网格，网格的具体生成步骤为：步骤一：读入风机点位和测风塔点位，取以上点位平均值为中心点，并在核心区域基础上扩张，确定正方形计算域底面的大小，同时根据地形图海拔数据确定整个计算域高度，从而确定正方体计算域的大小；步骤二：将计算域的底面按照用户定义文件中的网格大小和扩展率划分为相应数量的四边面，并将整个三维计算域按照纵向扩展率划分成相应数量的六面体；步骤三：读入当前定向计算的角度，将步骤二生成的点左边乘以旋转矩阵[cosθ
‑
sinθ；sinθcosθ]，即可得到当前方向的网格节点后，生成相应网格。4.根据权利要求1所述的一种基于测风数据优化模型的复杂地形风资源计算方法，其特征在于：所述步骤S2中，通过测风数据计算热稳定度，并进一步推算湍流模型参数。5.根据权利要求4所述的一种基于测风...

【专利技术属性】
技术研发人员：马致远，邓屹，崔雅文，程乐，宾世杨，王楠，潘丹璐，林琳，刘明达，曹梦楠，
申请(专利权)人：国家电投集团广西兴安风电有限公司，
类型：发明
国别省市：