一种台风条件下风电场大尺度气象预测降尺度方法与系统技术方案

本发明专利技术公开了一种台风条件下风电场大尺度气象预测降尺度方法与系统，基于高分辨率数字高程地图和粗糙度数据，通过区域分割

【技术实现步骤摘要】
一种台风条件下风电场大尺度气象预测降尺度方法与系统


[0001]本专利技术涉及风电场自然灾害预警的
，尤其是指一种台风条件下风电场大尺度气象预测降尺度方法、系统、存储介质及计算设备。

技术介绍

[0002]中国地处西北太平洋西岸，台风灾害发生频率高、影响范围广、突发性强、群发性显著和成灾强度大，是遭受台风灾害最严重的国家之一。台风伴随的极端阵风、湍流和切边与海上台风大风引起的台风浪、风暴潮、海流直接威胁陆上和海上风电机组的安全。目前，我国运行在台风活动区域的风电机组已有上千台，其中大部分采用主动抗台控制策略。该控制策略执行效果高度依赖气象监测和预报的精确度。因此，亟需发展一种台风条件下大尺度气象预测降尺度方法，获取高精度、高分辨率的气象数据，对台风下降低机组载荷，提高安全性具有重要意义。
[0003]现有的台风预测技术主要是数值天气预报模式，空间分辨率低(3
‑
9km)，无法满足海上和近岸受地形、岛屿影响较大风电场的预测精度需求。目前降尺度方法主要包括两类：统计降尺度和动力降尺度。
[0004]统计降尺度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种台风条件下风电场大尺度气象预测降尺度方法，其特征在于，执行以下操作：S1、确定降尺度区域范围、降尺度目标分辨率和可用计算资源情况；获取微尺度模型输入数据，包括数字高程地图和地表粗糙度数据；S2、根据步骤S1中获取的降尺度区域范围确定微尺度模型计算域，并根据计算资源情况，把微尺度模型计算域分割为多个子区域，根据子区域范围对数字高程地图和地表粗糙度数据进行分割；S3、基于步骤S2结果，对各子区域进行网格划分，生成对应的微尺度网格，建立微尺度模型，对风向和热稳定度划分，为各风向和热稳定度组合工况设置对应的微尺度模型的边界类型；S4、根据步骤S3中风向划分结果，确定不同风向下各微尺度模型的计算顺序，即确定子区域计算顺序，在计算过程中更新子区域的微尺度模型入流边界条件，并完成所有风向、不同热稳定度下的微尺度模型计算，即得到不同风向和热稳定度下的各子区域微尺度仿真结果；S5、对步骤S4中获取的不同风向和热稳定度下的各子区域微尺度仿真结果进行综合，建立微尺度数据库；S6、筛选步骤S1中获取的降尺度区域范围内的历史台风数据，建立中尺度模型并进行台风模拟，完成模型验证和参数率定，确定区域最优参数化方案；S7、获取中尺度模型所需背景场资料，基于步骤S6中确定的区域最优参数化方案对目标台风进行中尺度预报，基于预报结果计算各预报时刻的大气边界层高度和热稳定度；S8、确定降尺度目标高度层，基于步骤S5建立的微尺度数据库和步骤S7中获取的中尺度预报结果提取各预报时刻不同大气边界层高度和降尺度目标高度层处的中尺度结果和微尺度结果；S9、基于步骤S8结果，根据微尺度结果中降尺度目标高度层处和大气边界层高度处微尺度网格间各变量的比例关系，把大气边界层高度处中尺度预测的风速分量推算到降尺度目标高度层，完成降尺度计算。2.根据权利要求1所述的一种台风条件下风电场大尺度气象预测降尺度方法，其特征在于，在步骤S1中，所述微尺度模型输入数据的范围为降尺度区域边界外扩20km的区域，数字高程地图选取ASTGTM2 30m分辨率数字高程数据，地表粗糙度选取30米全球地表覆盖数据GlobeLand30，其中，数字高程地图用于微尺度模型的下边界，地表粗糙度用于设置下边界的表面粗糙度。3.根据权利要求2所述的一种台风条件下风电场大尺度气象预测降尺度方法，其特征在于，在步骤S2中，确定微尺度模型计算域的方法为：微尺度模型计算域长宽为降尺度区域边界外扩10
‑
20km，微尺度模型计算域底面采用步骤S1中的数字高程地图，微尺度模型计算域的上边界海拔高度通过以下公式计算：z
abl
＝cu
*
/f
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)f＝2Ωsinφ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)z
top
＝z
abl
+k*(z
max
‑
z
min
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)式中，z
abl
为行星边界层高度，c为经验常数，u
*
为摩擦速度，f为科里奥利力参数，Ω为地球自转角速度，φ是纬度，z
top
为计算域上边界海拔高度，k为经验常数，z
max
为计算域内地形
最高海拔高度，z
min
为计算域内地形最低海拔高度。4.根据权利要求3所述的一种台风条件下风电场大尺度气象预测降尺度方法，其特征在于，在步骤S2中，把微尺度模型计算域分割为多个子区域的方法为：首先，根据计算资源情况计算单次仿真能承受的最大网格数量；然后，按降尺度目标分辨率和地形复杂度情况，确定单个计算域的大小；最后，根据地形复杂度情况确定相邻计算域重叠区域大小，完成计算域分割。5.根据权利要求4所述的一种台风条件下风电场大尺度气象预测降尺度方法，其特征在于，在步骤S3中，所述微尺度模型为CFD模型；风向划分步长取22.5度，分16个扇区；热稳定度是通过Monin
‑
Obukhov长度L的不同取值来定义，划分为非常不稳定、不稳定、中性、弱稳定、稳定和非常稳定六个等级。6.根据权利要求5所述的一种台风条件下风电场大尺度气象预测降尺度方法，其特征在于，在步骤S3中，微尺度模型的边界类型根据来流风向，其上游入口边界设为速度入口，其顶面和下游出口边界设为压力出口。7.根据权利要求6所述的一种台风条件下风电场大尺度气象预测降尺度方法，其特征在于，在步骤S4中，确定子区域计算顺序的方法为：根据不同来流风向，对子区域拐点坐标进行坐标系旋转，使来流风向在坐标系中始终沿着固定轴；根据子区域拐点坐标，判断相互之间的上下游关系，确定子区域沿来流从上游到下游的计算顺序，确保不同风向下，计算顺序始终都是从上游到下游。8.根据权利要求7所述的一种台风条件下风电场大尺度气象预测降尺度方法，其特征在于，在步骤S4中，子...

【专利技术属性】
技术研发人员：张敏，吴迪，苗得胜，欧敏焯，
申请(专利权)人：明阳智慧能源集团股份公司，
类型：发明
国别省市：