[发明专利]风电场对气象雷达降雨量影响的分析与定量化评估方法

权利要求书

1.一种风电场对气象雷达降雨量影响的分析和定量化评估方法，其特征在于：所述的方法包括按顺序进行的下列步骤：

(1)利用谷歌地球以及气象雷达二次数据获得风电场位置和地形信息以及雷达的位置、地形、工作参数和气象目标参数信息；首先利用已知的先验信息获得风电场的方位，然后利用该方位在谷歌地球中读取该风电场中风轮机的经纬度、海拔高度以及尺寸信息，同时利用气象雷达二次数据读取该风电场周围的气象雷达经纬度、海拔高度、中频带宽、噪声系数、增益、波长、仰角、波束宽度、雷达脉冲宽度以及包括实际雷达反射率因子在内的气象目标参数信息；

(2)利用步骤(1)中获得的信息，计算上述雷达视线范围以及雷达与风电场中风轮机之间的相对地表距离，若雷达与风轮机之间的相对地表距离大于雷达视线距离，则说明该风轮机不会对雷达造成干扰，反之则进行步骤(3)；

(3)计算风电场回波信号强度和雷达接收机灵敏度，并将风电场回波信号强度与雷达接收机灵敏度进行比较，若小于雷达接收机灵敏度则不会对雷达造成影响，反之则进行步骤(4)；

(4)利用步骤(1)中获得的风轮机的经纬度及海拔高度、雷达仰角、雷达海拔高度和雷达波束宽度，计算雷达波束照射范围；

(5)利用步骤(4)计算的雷达波束范围，首先确定风轮机是否处于雷达波束照射范围内，若不处于雷达波束照射范围内，即风轮机无法被雷达波束照射，则说明该风轮机不会对雷达造成干扰，否则计算风轮机被雷达波束照射部分的长度，并利用风轮机RCS解析模型计算风轮机RCS，然后根据气象雷达方程计算风轮机的雷达反射率；

(6)改变风轮机的尺寸和布局，重复步骤(2)至步骤(5)，并根据计算结果分析不同尺寸的风轮机以及布局方式对雷达反射率的影响；

(7)利用雷达反射率与降雨量的关系，结合步骤(5)中获得的风轮机的雷达反射率，计算出风轮机所在地区的估计降雨量，同时结合步骤(1)中获得的实际雷达散射率因子得到实际的降雨量，通过对比，分析风电场对该地区降雨量的影响。

2.根据权利要求1所述的风电场对气象雷达降雨量影响的分析和定量化评估方法，其特征在于：在步骤(2)中，所述的雷达视线范围以及雷达与风电场中风轮机之间的相对地表距离的计算公式为：

雷达视线范围为：

其中：D₁表示风轮机与地球水平切点的距离，D₂表示雷达与地球水平切点的距离，h_f表示风轮机的海拔高度，h_r表示雷达的海拔高度，R表示地球半径；

将该雷达视线范围D转化为相对地表距离为：

3.根据权利要求1所述的风电场对气象雷达降雨量影响的分析和定量化评估方法，其特征在于：在步骤(3)中，所述的计算风电场回波信号强度和雷达接收机灵敏度的方法是：

为了判断风电场回波信号是否可以被雷达接收机接收，需要计算雷达接收机灵敏度即雷达接收微弱信号的能力，如式(3)所示：

S_imin＝-114+10log(B_radar)+F_n (3)

式中B_radar表示雷达的中频带宽，MHz，F_n表示噪声系数，dB，当干噪比小于-9dB时，不会对雷达性能造成影响，即风轮机对雷达产生影响的门限值为：P_thresh＝S_imin-9＝-124dBm；

在已知风轮机雷达散射截面积的情况下，利用式(4)的气象雷达方程可计算得到雷达接收机所能接收到的最小功率，即接收机灵敏度P_thresh所决定的风轮机与雷达之间的最大距离d_max，即：

式中G表示雷达增益，P_t分别表示雷达发射信号功率，λ表示波长，σ表示风轮机RCS；

根据风轮机RCS解析模型，

其中，式(5)—式(6)可分别用于计算风轮机桅杆和叶片部分RCS，式中a表示桅杆半径，L表示桅杆高度，λ表示波长，θ表示雷达与桅杆所成俯仰角，H表示叶片长度。