[发明专利]一种基于大气稳定度风向标准差法的风速外推方法

说明书

本发明公开了一种基于大气稳定度风向标准差法的风速外推方法，通过对测风塔数据集进行筛选，剔除小于风机切入风速的低风速数据及大于风机切出风速的高风速数据，计算测风塔处的地面粗糙度，应用地面粗糙度值对筛选后数据集中的风向标准差进行粗糙度修正，采用风向标准差法进行大气稳定度的分类，计算每种大气稳定度下的平均风切变指数，以及应用幂定律方法，计算得到每种大气稳定度下的轮毂高度处的风速，并汇总得到轮毂高度处的风速集；能够较准确的反应不同大气稳定度下的不同高度层的风切变情况，更好地体现出风切变指数随大气稳定度的变化情况，较准确的推算出高层风速，可对风电工程项目可行性研究、微观选址等有一定的指导意义。

技术领域

本发明涉及一种风速外推方法，特别是涉及一种基于大气稳定度风向标准差法的风速外推方法，属于陆上风电场风资源评估技术领域。

背景技术

随着世界对能源安全、生态环境、气候变化等问题日益重视，各国已加快推动能源转型与产业链调整以应对全球气候变化。风电作为应用最广泛和发展最快的新能源发电技术，已在全球范围内实现大规模开发应用。我国风能资源丰富，可开发利用的风能储量约10亿kW，较为丰富的地区主要集中在东南沿海及附近岛屿以及北部(东北、华北、西北)地区，内陆也有个别风能丰富点。从国内自身状况来看，风电市场经过2015年大跨步式的发展，产能达到3000万kW以上。全球风电的产业格局正经历一个调整、重构、再建设的关键节点，而中国的风电产业实现了接连突破，成为世界清洁能源的奇迹。然而，陆上优质风资源风场已越来越少，低风速风场已成为目前开发的重点方向，风速对风电场经济性非常敏感。

目前，低风速风场轮毂高度最高已经达到120m，早期测风塔的建设高度往往低于拟选风机的轮毂高度，因而风资源评估中需要推算更高层的风速。风切变模型直接影响轮毂处风速的推算，因此合理的风切变模型推算轮毂高度处的风速很有意义。

表面层的风切变是风速、大气热稳定性、表面粗糙度和离地高度的函数。目前，除了“经验法则”外，幂定律和对数定律是将风速推算到其他高度的常用的计算模型。研究发现，相对于对数定律，幂定律可在不稳定和中性条件下给出更接近实际的风廓线。现有文献中，LAB Joosten等人介绍了太阳辐射对近地面风轮廓的影响，Gualtieri详细分析了荷兰Cabauw地区10m、20m、40m、80m测风塔大气稳定性与风切变指数时间变化关系，Corbosiero等和等则分别从垂直风切变与热带气旋关系、不同大气稳定条件下的海上风电场模拟进行介绍。

大气稳定度的分类大多采用基于梯度理查森数、M-O长度等方法，这些方法需要不同高度层的风速及温度测量值，但目前的测风塔通常仅设置单个温度测点。而且，现有技术中针对大气稳定度分类方法的风速外推模型可靠性的研究较少，本发明针对测风塔缺少双层温度数据的平坦地区，提供一种基于大气稳定度风向标准差法的风速外推计算方法将是有益之举。

发明内容

本发明的主要目的在于，克服现有技术中的不足，提供一种基于大气稳定度风向标准差法的风速外推计算方法，能够计算得到不同大气稳定下的不同高度层的风切变情况，较准确的推算出高层风速，更好地体现出大气稳定度对风速外推的影响，对风电场微观选址、可行性研究、风机塔架及基础的载荷计算等有一定的指导意义，在工程中具有产业上的利用价值。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种基于大气稳定度风向标准差法的风速外推方法，包括以下步骤：

1)获取测风塔区域实际测量的测风塔数据集，测风塔数据集包括数据类型分别为时间、风速、风向和风向标准差；

对测风塔数据集按照筛选要求进行筛选，获得筛选后数据集；其中，筛选要求是剔除小于风机切入风速的低风速数据及大于风机切出风速的高风速数据；

2)根据筛选后数据集，计算测风塔处的地面粗糙度；

3)应用地面粗糙度值对筛选后数据集中的风向标准差进行粗糙度修正，得到修正后风向标准差；