一种基于制造技术

本发明专利技术公开了一种基于

【技术实现步骤摘要】
一种基于WRF中尺度嵌套的风电基地规划方法


[0001]本专利技术涉及一种基于
WRF
中尺度嵌套的风电基地规划方法，属于中尺度风资源

。

技术介绍

[0002]随着风电开发的深入，大部分地区风电资源被充分开发，未来的风电开发将转向“沙戈荒”地区和深远海区域
。
这些区域的共同特点是远离人们的居住地，但是资源丰富，限制性因素少，但同时由于人类活动少，往往气象检测困难，在大型风电基地规划中，气象数据缺乏
。
[0003]WRF(Weather Research and Forecasting)
软件是为了满足大气研究和预报而开发的一个数值天气预报系统，该模型适用于从数十米到数千公里的范围广泛的气象预测预报
。WRF
模式提供了一个灵活且计算效率高的业务预测平台，可以根据实际大气条件或理想条件进行模拟，将天气预报
、
大气模拟及数据同化系统地结合在一起
。
鉴于其在模拟气象要素方面的优良表现，
WRF
模式通常可以用于大规模风电基地提供参考大气背景数据
。
[0004]在大型风电基地中，风电场之间的尾流会相互影响，在现有的尾流恢复带设计技术中，一般在主风向方向下设置
20
倍风轮直径的区域作为尾流恢复带，但是对于尾流恢复带末端风速的恢复情况没有精准地认识，导致风电场投运后因为相邻风电场的尾流导致发电量与预期相差巨大，带来了大量经济损失
。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于
WRF
中尺度嵌套的风电基地规划方法，针对风电场场间尾流，采用工程尾流模型计算实验风电场，得到不同风电场容量密度下的尾流损失，分析容量密度与尾流损失
、
风资源特性之间的定性定量关系及其可靠性
。
在工程尾流模型的基础上，引入大气稳定度
、
风电场粗糙度对风电场尾流恢复速率进行修正，开发出场级尾流工程模型，对风电基地尾流恢复带进行规范化设计
。
[0006]为了实现上述目标，本专利技术提出一种基于
WRF
中尺度嵌套的风电基地规划方法，该方法包括如下步骤：
[0007]步骤
1)
基于
WRF
内置程序对地形及气象数据进行前处理；
[0008]步骤
2)
对
WRF
模拟结果进行后处理，提取模拟结果中的风速
、
风向的气象数据；
[0009]步骤
3)
基于
WRF
后处理数据确定风资源分布情况；
[0010]步骤
4)
根据风资源分布情况，初步确定规划区域；
[0011]步骤
5)
建立容量
‑
风速拟合曲线，在初步确定规划区域内确定场区规划容量并根据确定的风资源分布情况，按风向分布频率布置机组；
[0012]步骤
6)
根据上风向机组排布结果，计算主风向下风电场的场级尾流；
[0013]步骤
7)
根据尾流计算结果，设置尾流恢复带，确定风电基地的规划区域
。
[0014]进一步的，步骤
1)
的具体方法如下：
[0015]步骤
1.1)
采用
WRF
软件的预处理模块
WPS
中的
geogrid
程序定义模拟的地理域，将静态地形数据集插入模型网格，形成插值网格点；采用
WPS
中的
ungrib
程序，将气象观测数据或其它格式的气象数据转换成
WRF
中能够存储气象数据的中间格式；最后采用
WPS
中的
metgrid
程序将中间格式气象数据进行水平插值，插入到
geogrid
程序定义的地理域上，完成中尺度模型的建立；
[0016]步骤
1.2)
通过
WRF
软件的初始化程序
real.exe
完成坐标系统中气象要素场的垂直插值，生成初始条件和边界条件；依据设置的大气物理以及边界的参数化方案，再运行
WRF
的
wrf.exe
求解计算目标区域的大气物理变化过程，以
.nc
文件格式保存
WRF
模型求解的结果，后处理使用
python
的
NetCDF4
函数库读取
.nc
文件中的气象数据，并转化为预设的文件格式
。
[0017]进一步的，步骤
2)
的具体方法如下：
[0018]在后处理
WRF
模拟结果时，选取单位网格的水平分辨率大小作为预设范围，根据待求解站点所在位置匹配预设范围内的所有网格格点，提取格点上计算出的风速垂直分量
u
i
和水平分量
v
i
，采用
Cressman
插值法，将待求解站点与在预设范围内所有网格点的距离反比作为权重，以此计算出待求解站点处的风速插值分量，插值方法如下：
[0019][0020][0021]式中，
u
，
v
是待求解站点处的风速垂直分量和水平分量；
u
i
，
v
i
是预设范围内各格点风速的垂直分量和水平分量；
l
i
是各格点与待求解站点的距离；
m
是格点数量；
[0022]插值得到站点位置处风速分量后，根据下式计算合速度
U
大小和合速度方向
[0023][0024][0025]遍历整个
.nc
文件，得到时间序列的风速风向数据
。
[0026]进一步的，步骤
3)
的具体方法如下：
[0027]在获取了时间序列的风速风向数据后，采用极大似然法，以
Weibull
分布为风资源分布模型，求得模型中的参数
A
和
k
以拟合风速的概率密度分布函数
f(U)
，用以表征风资源分布特征：
[0028][0029]式中，
U
为风速合速度大小，
A>0
，为比例因子，
k
为形状因子；
[0030]风电场的功率密度与速度相关，基于
Weibull
参数的功率密度计算公式如下：
[0031][0032]式中，
U1，
U2是风电机组能利用的最小风速和最大风速，分别取值3和
25
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于
WRF
中尺度嵌套的风电基地规划方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤
1)
基于
WRF
内置程序对地形及气象数据进行前处理；步骤
2)
对
WRF
模拟结果进行后处理，提取模拟结果中的风速
、
风向的气象数据；步骤
3)
基于
WRF
后处理数据确定风资源分布情况；步骤
4)
根据风资源分布情况，初步确定规划区域；步骤
5)
建立容量
‑
风速拟合曲线，在初步确定规划区域内确定场区规划容量，并根据确定的风资源分布情况，按风向分布频率布置机组；步骤
6)
根据风向机组排布结果，计算主风向下风电场的场级尾流；步骤
7)
根据尾流计算结果，设置尾流恢复带，确定风电基地的规划区域
。2.
根据权利要求1所述的一种基于
WRF
中尺度嵌套的风电基地规划方法，其特征在于，步骤
1)
的具体方法如下：步骤
1.1)
采用
WRF
软件的预处理模块
WPS
中的
geogrid
程序定义模拟的地理域，将静态地形数据集插入模型网格，形成插值网格点；采用
WPS
中的
ungrib
程序，将气象观测数据或其它格式的气象数据转换成
WRF
中能够存储气象数据的中间格式；采用
WPS
中的
metgrid
程序将中间格式气象数据进行水平插值，插入到
geogrid
程序定义的地理域上，完成中尺度模型的建立；步骤
1.2)
通过
WRF
软件的初始化程序
real.exe
完成坐标系统中气象要素场的垂直插值，生成初始条件和边界条件；依据设置的大气物理以及边界的参数化方案，运行
WRF
的
wrf.exe
求解计算目标区域的大气物理变化过程，以
.nc
文件格式保存
WRF
软件求解的结果，后处理使用
python
的
NetCDF4
函数库读取
.nc
文件中的气象数据，并转化为预设的文件格式
。3.
根据权利要求2所述的一种基于
WRF
中尺度嵌套的风电基地规划方法，其特征在于，步骤
2)
的具体方法如下：后处理
WRF
模拟结果时，选取单位网格的水平分辨率大小作为预设范围，根据待求解站点所在位置匹配预设范围内的所有网格格点，提取格点上计算出的风速垂直分量
u
i
和水平分量
v
i
，采用
Cressman
插值法，将待求解站点与在预设范围内所有网格点的距离反比作为权重，以此计算出待求解站点处的风速插值分量，插值方法如下：权重，以此计算出待求解站点处的风速插值分量，插值方法如下：式中，
u
，
v
是待求解站点处的风速垂直分量和水平分量；
u
i
，
v
i
是预设范围内各网格点风速的垂直分量和水平分量；
l
i
是各网格点与待求解站点的距离；
m
是格点数量；
插值得到站点位置处风速分量后，根据下式计算合速度
U
大小和合速度方向大小和合速度方向大小和合速度方向遍历整个
.nc
文件，得到时间序列的风速风向数据
。4.
根据权利要求3所述的一种基于
WRF
中尺度嵌套的风电基地规划方法，其特征在于，步骤
3)
的具体方法如下：获取了时间序列的风速风向数据后，采用极大似然法，以
Weibull
分布为风资源分布模型，求得模型中的参数
A
和
k
以拟合风速的概率密度分布函数
f(U)
，用以表征风资源分布特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐栋，刘玮，孙静，吴俣祺，许昌，薛飞飞，张子荣，胡义，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：