[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

说明书

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。其利用雷达与风电场经纬度位置信息计算风电场与雷达相对距离，并与雷达视线距离进行比较；计算风轮机回波信号强度，比较其与雷达接收机灵敏度大小；利用风电场和雷达所在区域地形高度，并结合雷达仰角以及波束宽度等参数，计算雷达波束的照射范围。计算处于雷达照射范围内风轮机的长度，基于物理光学法的解析模型计算风轮机RCS进而得到雷达反射率；通过改变风轮机的尺寸参数以及分布方式，分析风轮机模型以及风轮机分布方式对雷达反射率的影响；利用雷达反射率与降雨量的关系，计算风电场区域的降雨量。本发明利用基于物理光学法的解析模型完成，具有计算速度快、处理步骤相对简单等优点。

技术领域

本发明属于风电场对气象雷达的影响评估技术领域，特别是涉及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。

背景技术

近年来，世界各国对于清洁可再生资源的需求越来越大，风能作为一种重要的可再生资源也得到了飞速的发展。近十多年来世界风力发电累计装机容量一直呈指数增长。由于风力发电行业的发展，越来越多的风力发电场(简称风电场)相继建成，同时，风电场的规模和风轮机的结构也越来越大。然而，最近研究表明，作为风电场主体的风轮机，由于其结构庞大和具有复杂的电磁散射特性，因此会对民航气象雷达、空管通信、导航和监视等电子设备产生严重影响。

目前，风电场建设主要考虑的问题是风能的利用情况，而很少考虑其对附近雷达的影响。通过研究风电场对气象雷达的影响评估技术，可以优化风电场选址，在风电场建立前确定其是否会对附近气象雷达产生干扰以及干扰的程度等。目前包括美国、英国、西班牙以及瑞典在内的欧美国家已经开始进行关于风电场对气象雷达的干扰研究，但我国在这方面的研究还较少。因此，在风电产业迅速发展的情况下，研究风轮机对气象雷达的影响评估技术，对于优化风电场选址、减少对雷达系统的干扰具有重要意义。

近年来许多学者都在一直关注风电场对气象雷达的影响评估技术。2008年美国的下一代气象雷达(NEXRAD)运行中心通过无线电咨询委员会(IRAC)与风电场建设部门合作，使风电场尽量建设在气象雷达视线范围之外，并提出了风电场对气象雷达干扰评估方法的建议。2009年，美国俄克拉荷马大学气象研究中心开发了风电场对气象雷达影响评估系统，在早期风电场规划过程中，开发人员可以通过该评估系统，快速地分析风电场建设项目是否会对气象雷达网络产生潜在的影响，并以不同颜色标注指示其影响程度。2010年世界气象组织(WMO)及欧洲气象服务中心(EUMETNET)针对风电场对气象雷达的干扰问题，分别提出了相应的风电场选址要求。2015年，L.Norin等人利用瑞典南部风电场建成前后各三年的实测数据，定量分析了风电场对气象雷达反射率、谱宽以及径向速度的影响程度。但该方法的缺点是需要大量的实测数据支持，且无法在风电场建立前评估风电场的潜在影响，因此，研究一种能够快速准确地定量评估风电场对气象雷达影响程度的方法是十分必要的。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种计算速度快且步骤相对简单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。

为了达到上述目的，本发明提供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)；