【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种考虑低云与大气边界层耦合影响的风电场风速预测方法。适用于风电场风速预测。
技术介绍
1、近年来，海上风电呈现大规模、集中式的开发。风电具有波动性和随机性，随着海上风电并网容量的逐年增加，风电对电网调度、输电线路等造成的影响不可忽视。为了减少风电对电网冲击、提高风电的利用率，对风电场的风速及功率进行预测是非常必要的。由于风速的波动受到天气过程的影响，基于数值气象模式（nwp）的风电场风速及功率预测方法，比传统基于统计的方法能更合理地考虑了不同尺度天气过程的作用，在行业内有广泛的应用。风机主要利用大气边界层低层的风能将其转化为电能，大气边界层过程在nwp中主要是由边界层参数化方案（pbl方案）来描述的，其中，ysu方案，具有计算量小、适用于不同大气稳定度状态等优点，是nwp中应用最广的pbl方案之一。
2、相比于陆上风电场，海上风电场所处的环境湿度更大，更易受到云、雾等影响。平均而言，全球90%的云量覆盖位于海洋上空，其中大部分是云底高度在1 km以下的低云（或大雾）。云层是否与大气边界层发生耦合，是影响边界层湍流的重要因素。然而，ysu方案并未考虑低云与边界层是否耦合。最近的研究发现，当云层与边界层耦合或解耦时，大气边界层内的湍流强度分布有显著的差异。但现有ysu方案中，边界层之内的湍流仅根据地面加热来驱动，未考虑云湍流与地面加热驱动的湍流的相互作用及其对大气动量输送的影响，当其应用在环境湿度较大的海上风电场项目，特别是在有低云或海雾影响时，风速模拟误差较大。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种考虑低云与大气边界层耦合影响的风电场风速预测方法。
2、本专利技术所采用的技术方案是：一种考虑低云与大气边界层耦合影响的风电场风速预测方法，其特征在于，包括：
3、根据云层与大气边界层的相对位置，判断云层与大气边界层处于耦合或解耦状态；
4、当云层与大气边界层处于解耦状态时，该大气边界层内湍流交换系数基于地面浮力项驱动的湍流交换系数确定；
5、当云层与大气边界层处于耦合状态时，该大气边界层内湍流交换系数基于地面浮力项驱动的湍流交换系数和云层内的湍流交换系数确定。
6、所述根据云层与大气边界层的相对位置，判断云层与大气边界层处于耦合或解耦状态，包括：
7、若云层的云底高度小于等于大气边界层的边界层顶高度，则云层与大气边界层为耦合状态；
8、若云层的云底高度大于大气边界层的边界层顶高度，则云层与大气边界层为解耦状态。
9、所述云层的云底高度根据液态水比湿的垂直分布确定。
10、所述云层内的湍流交换系数与云顶的辐射冷却和夹卷冷却形成的负浮力相关。
11、所述云层内的湍流交换系数还与云层的云底高度和云顶高度相关。
12、所述云层内的湍流交换系数与云顶的辐射冷却和夹卷冷却形成的负浮力有关，包括：
13、；
14、；
15、；
16、；
17、上式中，为云层内的湍流交换系数；为冯卡曼常数（=0.4）；为表示强度的参数；为考虑云层影响时z高度层对的限制系数；为云层的云顶高度；为云层的云底高度；为形状参数；z为高度；为经验常数（=1.0）；为云顶处的对流速度尺度参数；为重力加速度；为液态水位温；为云顶的辐射冷却和夹卷冷却形成的负浮力。
18、所述云顶的辐射冷却和夹卷冷却形成的负浮力与云的辐射强迫和云顶的夹卷效率有关。
19、所述云顶的辐射冷却和夹卷冷却形成的负浮力与云的辐射强迫和云顶的夹卷效率有关，包括：
20、；
21、；
22、上式中，为云顶的辐射冷却和夹卷冷却形成的负浮力；是夹卷效率系数，基于云顶的夹卷效率求出；为云顶的液态水位温；为重力加速度；为云层的云顶高度；是与云顶湍流有关的速度参数；是云顶的净辐射通量；为云顶的空气密度；为定压比热容。
23、所述云层的云顶高度根据体积理查森数和液态水位温确定。
24、一种考虑低云与大气边界层耦合影响的风电场风速预测装置，其特征在于，包括：
25、状态判断模块，用于根据云层与大气边界层的相对位置，判断云层与大气边界层处于耦合或解耦状态；
26、湍流交换系数确定模块，用于当云层与大气边界层处于解耦状态时，该大气边界层内湍流交换系数基于地面浮力项驱动的湍流交换系数确定；当云层与大气边界层处于耦合状态时，该大气边界层内湍流交换系数基于地面浮力项驱动的湍流交换系数和云层内的湍流交换系数确定。
27、一种存储介质，其上存储有能被处理器执行的计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被执行时实现所述风电场风速预测方法的步骤。
28、一种风电场风速预测设备，具有存储器和处理器，存储器上存储有能被处理器执行的计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被执行时实现所述风电场风速预测方法的步骤。
29、本专利技术的有益效果是：本专利技术根据云层与大气边界层的相对位置关系，判定云层与大气边界层的耦合或解耦状态，然后根据低云与大气边界层耦合或解耦状态，分别计算大气边界层之内的湍流交换系数的垂直分布，在耦合状态时大气边界层之内的湍流交换系数考虑云层内的湍流交换，最后根据k理论来闭合湍流运动方程，模拟出湍流对大气动量等的输送量，从而得到风速预报结果。
30、本专利技术中风速预报结果考虑低云与大气边界层耦合对大气边界层湍流输送影响，从而减小风速预报结果的误差。
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1.一种考虑低云与大气边界层耦合影响的风电场风速预测方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的考虑低云与大气边界层耦合影响的风电场风速预测方法，其特征在于，所述根据云层与大气边界层的相对位置，判断云层与大气边界层处于耦合或解耦状态，包括：
3.根据权利要求2所述的考虑低云与大气边界层耦合影响的风电场风速预测方法，其特征在于：所述云层的云底高度根据液态水比湿的垂直分布确定。
4.根据权利要求1所述的考虑低云与大气边界层耦合影响的风电场风速预测方法，其特征在于：所述云层内的湍流交换系数与云顶的辐射冷却和夹卷冷却形成的负浮力相关。
5.根据权利要求4所述的考虑低云与大气边界层耦合影响的风电场风速预测方法，其特征在于：所述云层内的湍流交换系数还与云层的云底高度和云顶高度相关。
6.根据权利要求5所述的考虑低云与大气边界层耦合影响的风电场风速预测方法，其特征在于，所述云层内的湍流交换系数与云顶的辐射冷却和夹卷冷却形成的负浮力有关，包括：
7.根据权利要求4或6所述的考虑低云与大气边界层耦合影响的风电场风速预测方
8.根据权利要求7所述的考虑低云与大气边界层耦合影响的风电场风速预测方法，其特征在于，所述云顶的辐射冷却和夹卷冷却形成的负浮力与云的辐射强迫和云顶的夹卷效率有关，包括：
9.根据权利要求5或6所述的考虑低云与大气边界层耦合影响的风电场风速预测方法，其特征在于：所述云层的云顶高度根据体积理查森数和液态水位温确定。
10.一种考虑低云与大气边界层耦合影响的风电场风速预测装置，其特征在于，包括：
11.一种存储介质，其上存储有能被处理器执行的计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被执行时实现权利要求1~9任意一项所述风电场风速预测方法的步骤。
12.一种风电场风速预测设备，具有存储器和处理器，存储器上存储有能被处理器执行的计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被执行时实现权利要求1~9任意一项所述风电场风速预测方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种考虑低云与大气边界层耦合影响的风电场风速预测方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的考虑低云与大气边界层耦合影响的风电场风速预测方法，其特征在于，所述根据云层与大气边界层的相对位置，判断云层与大气边界层处于耦合或解耦状态，包括：
3.根据权利要求2所述的考虑低云与大气边界层耦合影响的风电场风速预测方法，其特征在于：所述云层的云底高度根据液态水比湿的垂直分布确定。
4.根据权利要求1所述的考虑低云与大气边界层耦合影响的风电场风速预测方法，其特征在于：所述云层内的湍流交换系数与云顶的辐射冷却和夹卷冷却形成的负浮力相关。
5.根据权利要求4所述的考虑低云与大气边界层耦合影响的风电场风速预测方法，其特征在于：所述云层内的湍流交换系数还与云层的云底高度和云顶高度相关。
6.根据权利要求5所述的考虑低云与大气边界层耦合影响的风电场风速预测方法，其特征在于，所述云层内的湍流交换系数与云顶的辐射冷却和夹卷冷却形成的负浮力有关，包括：
7.根据权利要求4...
【专利技术属性】
技术研发人员：董雪，陈晓锋，赵岩，杨江浩，王尼娜，刘树洁，
申请(专利权)人：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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