【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于海上风资源研究，涉及一种适用于台风过境海上风电场空气密度计算方法。
技术介绍
1、风电是未来最具发展潜力的可再生能源技术之一，具有资源丰富、产业基础好、经济竞争力较强、环境影响微小等优势，是最有可能在未来支撑世界经济发展的能源技术之一。我国在2021年3月提出中指出：要构建现代能源体系，推进能源革命，建设清洁低碳、安全高效的能源体系，提高能源供给保障能力，要大力提升风电规模，有序发展海上风电，建设一批多能互补的清洁能源基地。
2、我国东南沿海一带风力资源丰富，发展空间广阔，是未来风力发电的重要规划地区。然而，我国东南沿海省份常年受台风影响，台风过境海上风电场时空气密度将发生变化，对风资源评估、风机选型、风功率预测、风机控制方法等具有较大影响。空气密度直接影响风能的大小，在同等风速条件下，空气密度越大风能越大。此外，空气密度是影响风电机组极限荷载关键指标“50年一遇最大风速”的关键参数之一，空气密度越小，50年一遇最大风速也越小，进而影响风机选型。因此，准确计算空气密度值对海上风电场风资源评估和风机选型具有重要意义。
3、空气密度常采用温、压、湿法，即通过测量空气的温度、湿度和压力，进而通过气体状态方程计算得到空气密度。在陆地上，探空、测风塔等台风外场测风资料相对丰富，便于进行台风条件下空气密度的计算。但是在海上，尤其在深远海处，由于海上测风塔建造和维护费用高昂、且容易受到海水侵蚀及台风等极端天气的影响，我国在海上几乎没有设立长年(>10年)观测的测风塔。同时，岛礁上的气象站或海上浮标气
4、中国专利cn201010148701公开了一种空气密度检测装置和方法。该专利技术通过传感器采集压力、温度和湿度，并根据空气密度与压力、温度和湿度的关系计算空气密度。该专利虽然设置了外部防尘系统，能够适用于风场等风沙较大的地区，但是该专利技术没有考虑台风这种极端天气条件下的适用性，以及如何针对海上空气密度进行计算。
5、中国专利cn201310725864公开了一种自适应空气密度变化的风电发电机组控制方法。该专利技术通过风场地区的海拔高度、风机轮毂高度和实测的机舱外环境温度，计算出风电机组轮毂中心高度处的实际空气密度。然而，该专利主要针对已安装风电机组的区域进行空气密度计算，对于没有安装风电机组的区域则无法获取空气密度，无法用于风资源评估和风机选型，并且该专利技术没有考虑台风等极端天气条件。
6、中国专利cn202210606090公开了一种分散式风电空气密度计算方法。该专利技术基于测量所在地的海拔高度来计算相应的风电空气密度，然而该专利技术没有考虑水汽、温度和气压的影响，得到的风电空气密度为干空气密度，并且没有考虑台风这种极端天气条件，也没有涉及海上空气密度的计算。
7、中国专利cn 103778572 a公开了一种基于wrf模式的海上风资源评估方法。该专利技术主要通过wrf数值天气预报数据评估海上风资源，其中步骤四涉及空气密度的估算，通过温度、气压和水汽压来计算得到空气密度。然而，该专利技术仅针对常规天气条件，没有考虑台风这种极端天气条件的影响；此外，wrf数值模拟在模拟风电场局部区域的海面气压时存在较大误差，根据模拟结果计算得到的空气密度与实际观测值往往偏差较大。
8、中国专利cn 116953703 a公开了一种近海风能评估方法、装置及设备。该专利技术涉及到空气密度的计算，其主要通过测风塔气压、湿度和温度观测值来计算得到空气密度。因此，该专利技术主要依赖测风塔观测数据进行计算，但仅能提供近海陆地空气密度的计算方法，没有考虑海上空气密度的计算方法，也没有考虑台风等极端天气条件情况。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术为了解决现有空气密度估算方法没有考虑台风等极端天气条件情况，无法计算台风过境海上风电场空气密度，对海上风电场风资源评估和风机选型无指导意义的问题，提供一种适用于台风过境海上风电场空气密度计算方法。
2、为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种适用于台风过境海上风电场空气密度计算方法，包括以下步骤：
4、s1、基于沿海陆地测风塔、微波辐射计台风观测资料计算空气密度
5、基于测风塔、微波辐射计观测资料，采用如下公式进行湿空气密度计算：
6、
7、式中，ρ为湿空气密度，单位为kg/m3；ρ0为标准状态(温度为0℃、压力为0.1013mpa)下的干空气密度，取值为1.293kg/m3；t为空气温度，单位为℃；p为湿空气的总压，单位为mpa；pb为温度t时，饱和空气中水蒸汽的分压力，单位为mpa；为空气的相对湿度，单位为％；
8、s2、建立陆地上任意高度空气密度与10m高度空气密度相关性a
9、根据步骤s1获得的陆地上不同高度空气密度，将深度置信网络(deep beliefnets，dbn)和反向传播算法(back propagation，bp)相结合进行深度学习，提取深层次的有效特征，建立任意高度空气密度与10m高度空气密度相关性，并通过网络训练，不断调整相关性模型的各项参数，优化任意高度空气密度与10m高度空气密度的关系a；
10、s3、基于海岛站台风观测资料计算空气密度
11、在所有地面气象站资料中，挑选台风影响期间的最大风速≥25m/s的海岛站作为分析样本，基于海岛站台风观测资料，采用步骤s1中公式(1)进行海上10m高度空气密度计算；
12、s4、建立海上10m高度空气密度与平均风速相关性b
13、基于与步骤s2类似的深度学习算法，将步骤s3计算得到的海上10m高度空气密度与海岛站台风观测资料得到的平均风速进行相关性训练，并不断抽象转化，调优相关性模型参数，从而建立海上10m高度空气密度与10m高度平均风速相关性b；
14、s5、推导海上任意高度空气密度与平均风速相关性c
15、进一步基于与步骤s2类似的深度学习算法，将步骤s2得到的陆地上任意高度空气密度与10m高度空气密度相关性a以及步骤s4得到的海上10m高度空气密度与平均风速相关性b进行相关性训练，建立海上任意高度空气密度与10m高度平均风速相关性c，并不断进行网络训练，得到最优相关性模型；
16、s6、计算海上任意高度空气密度
17、基于步骤s5建立的海上任意高度空气密度与平均风速相关性c，通过已知的平均风速可计算海上任意高度空气密度。
18、进一步，步骤s1通过中国台风网台风资料窗口，进入科研试验数据产品，在热带气旋外场观测试验资料集中下载测风塔、微波辐射计观测资料，测风塔观测资料包括风速、压力两个要素的观测，微波辐射计观测资料包括温度、湿度两个要素的观测。
19、进一步本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种适用于台风过境海上风电场空气密度计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的适用于台风过境海上风电场空气密度计算方法，其特征在于，步骤S1通过中国台风网台风资料窗口，进入科研试验数据产品，在热带气旋外场观测试验资料集中下载测风塔、微波辐射计观测资料，测风塔观测资料包括风速、压力两个要素的观测，微波辐射计观测资料包括温度、湿度两个要素的观测。
3.如权利要求1所述的适用于台风过境海上风电场空气密度计算方法，其特征在于，步骤S1中测风塔常规观测高度在100m左右，对于海上空气密度所需计算高度超过100m的情况，针对100m以上风速、压力观测数据缺乏的情况，根据深圳国家观象台356m高塔的观测数据建立风速、压力随离地高度变化关系，并基于此关系推导所需计算高度的风速和压力。
4.如权利要求1所述的适用于台风过境海上风电场空气密度计算方法，其特征在于，步骤S2任意高度湿空气密度与10m高度湿空气密度关系式a为：
5.如权利要求1所述的适用于台风过境海上风电场空气密度计算方法，其特征在于，步骤S3通过国家气象科学数据中心
6.如权利要求4所述的适用于台风过境海上风电场空气密度计算方法，其特征在于，步骤S4不同温度下海上10m高度湿空气密度与10m高度平均风速关系式b为：
7.如权利要求6所述的适用于台风过境海上风电场空气密度计算方法，其特征在于，步骤S5不同温度下海上任意高度湿空气密度与10m高度平均风速关系式c为：
...【技术特征摘要】
1.一种适用于台风过境海上风电场空气密度计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的适用于台风过境海上风电场空气密度计算方法，其特征在于，步骤s1通过中国台风网台风资料窗口，进入科研试验数据产品，在热带气旋外场观测试验资料集中下载测风塔、微波辐射计观测资料，测风塔观测资料包括风速、压力两个要素的观测，微波辐射计观测资料包括温度、湿度两个要素的观测。
3.如权利要求1所述的适用于台风过境海上风电场空气密度计算方法，其特征在于，步骤s1中测风塔常规观测高度在100m左右，对于海上空气密度所需计算高度超过100m的情况，针对100m以上风速、压力观测数据缺乏的情况，根据深圳国家观象台356m高塔的观测数据建立风速、压力随离地高度变化关系，并基于此关系推导所需计算高度的风速和压力。
4....
【专利技术属性】
技术研发人员：刘钊，姜云雁，周勤迁，敖娟，
申请(专利权)人：金风科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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