【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及風(fēng)力發(fā)電，具體涉及一種基于測風(fēng)塔實測數(shù)據(jù)訂正的復(fù)雜地形風(fēng)資源評估方法。
技術(shù)介紹
1、由于陸上豐富的風(fēng)資源較為稀缺、深遠(yuǎn)海風(fēng)電場建設(shè)成本高，復(fù)雜地形區(qū)域也有較好的風(fēng)資源，因此復(fù)雜地形風(fēng)電場也逐漸成為風(fēng)電場選址的一大方向。復(fù)雜地形風(fēng)場具有顯著的多尺度、非定常效應(yīng)，存在風(fēng)加速、流動分離、高湍流等特征，基于中尺度氣象氣象研究與預(yù)報（weather?research?and?forecasting,?wrf）平臺與小尺度計算流體力學(xué)（computationalfluid?dynamics,?cfd）方法耦合模式的復(fù)雜地形非定常特性仿真方法能兼顧模擬中尺度天氣條件及微尺度山體繞流對復(fù)雜地形風(fēng)場的影響。但中-微尺度耦合模式的精度嚴(yán)重依賴于中尺度數(shù)值模擬精度，中尺度wrf（weather?research?andforecasting，氣象研究與預(yù)報模式）的模擬精度受到天氣過程和參數(shù)化方案的影響，如遇大風(fēng)或者極端天氣，其精度將會受到嚴(yán)重影響。
2、為提高中-微尺度耦合模擬結(jié)果的精度，很多學(xué)者專注于研究中尺度數(shù)值模擬時參數(shù)化方案調(diào)優(yōu)、網(wǎng)格尺度敏感性分析、參數(shù)化模型優(yōu)化等，但以上方法僅能在特定氣象條件案例中成立，并不具備普適性，尤其在復(fù)雜地形風(fēng)場模擬時，地形分辨率、山體特征等也會對數(shù)值結(jié)果產(chǎn)生較大影響。雖然將觀測數(shù)據(jù)通過資料同化方式加入到wrf數(shù)值模擬過程中能在一定程度上提升wrf模擬精度，但這種方法計算成本高，同時高空觀測數(shù)據(jù)也較缺乏，該方法同化效果有限。在微尺度數(shù)值模擬方面，湍流模型及網(wǎng)格分辨率等均對復(fù)雜地形風(fēng)場數(shù)值
3、公開號為cn109583096a的專利技術(shù)中公開了一種基于中尺度模型和微尺度模型結(jié)合的風(fēng)資源計算方法，雖然涉及部分中-微尺度耦合模擬相關(guān)內(nèi)容和對微尺度數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行修正，但是該專利技術(shù)沒有明確指出中尺度數(shù)據(jù)和測風(fēng)塔之間建立何種關(guān)系，如何具體修正；也未明確指出中-微尺度如何耦合。公開號為cn118296981a的專利技術(shù)中公開了一種風(fēng)能資源評估方法、系統(tǒng)、裝置、電子設(shè)備及存儲介質(zhì)，提出了結(jié)合測風(fēng)速觀測數(shù)據(jù)融合于中尺度及微尺度模擬中，但該專利技術(shù)也未涉及中微尺度耦合。公開號為cn118735078a的專利技術(shù)中公開了一種降尺度風(fēng)資源評估方法及系統(tǒng)，雖然也涉及降尺度數(shù)值模擬方法及對降尺度結(jié)果進(jìn)行修正，但是未明確指出如何進(jìn)行降尺度；并且該專利并非動力降尺度方法，更多關(guān)注人工智能及訓(xùn)練模型的建立。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的是為了提供一種基于測風(fēng)塔實測數(shù)據(jù)訂正的復(fù)雜地形風(fēng)資源評估方法，通過結(jié)合高精度數(shù)值模擬方法和高效數(shù)據(jù)訂正技術(shù)，數(shù)據(jù)結(jié)果不僅可以反映中尺度大氣環(huán)流，還能描述微尺度流動細(xì)節(jié)，為風(fēng)資源評估提供了更為可靠的數(shù)據(jù)支持。
2、為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本專利技術(shù)采取的技術(shù)方案為：
3、一種基于測風(fēng)塔實測數(shù)據(jù)訂正的復(fù)雜地形風(fēng)資源評估方法，所述方法包括以下步驟：
4、s1，基于中尺度wrf模式模擬復(fù)雜地形風(fēng)場，獲取包含風(fēng)電場的最內(nèi)層嵌套域中尺度數(shù)據(jù)；
5、s2，根據(jù)步驟s1獲得的最內(nèi)層嵌套域中尺度數(shù)據(jù)，提取微尺度計算域邊界入流信息，基于中-微尺度耦合模式得到復(fù)雜地形風(fēng)場初始預(yù)測場信息；
6、s3，根據(jù)測風(fēng)塔位置及流場特征，確定用于數(shù)據(jù)訂正的包括測風(fēng)塔參考高度及其對應(yīng)的觀測風(fēng)速和湍流強(qiáng)度在內(nèi)的測風(fēng)塔相關(guān)數(shù)據(jù)；
7、s4，采用步驟s3確定的測風(fēng)塔相關(guān)數(shù)據(jù)對步驟s2中獲得的復(fù)雜地形風(fēng)場初始預(yù)測場信息進(jìn)行訂正，得到訂正后的復(fù)雜地形風(fēng)場風(fēng)速及湍流信息；訂正公式為：
8、；
9、；
10、式中：和是訂正后的風(fēng)速和湍流強(qiáng)度，和是中-微尺度數(shù)值模擬得到的風(fēng)速和湍流強(qiáng)度，和是測風(fēng)塔參考高度對應(yīng)的觀測風(fēng)速和觀測湍流強(qiáng)度，和是測風(fēng)塔參考高度對應(yīng)的wrf-cfd耦合數(shù)值模擬結(jié)果。
11、步驟s1進(jìn)一步包括：
12、確定中尺度數(shù)值模擬的參考點經(jīng)緯度和時間段；
13、獲取常規(guī)地形靜態(tài)數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)；
14、根據(jù)當(dāng)?shù)氐乩憝h(huán)境和氣候特征配置參數(shù)化方案；
15、獲取包含風(fēng)電場的高精度srtm數(shù)據(jù)，替換最內(nèi)層嵌套域常規(guī)地形數(shù)據(jù)，外層嵌套域無需替換。
16、基于地形、氣象及計算配置方案對復(fù)雜地形風(fēng)場進(jìn)行中尺度wrf模式數(shù)值模擬；
17、模擬過程中，保存包含風(fēng)電場的最內(nèi)層嵌套域中尺度數(shù)據(jù)。
18、進(jìn)一步地，根據(jù)當(dāng)?shù)氐乩憝h(huán)境和氣候特征配置參數(shù)化方案的過程包括以下步驟：
19、針對復(fù)雜山地，選擇thompson格式和wdm6；針對長波和短波輻射，選擇rrtmg+rrtmg方案；針對近地面層，采用monin-obukhov方案，搭配使用myj行星邊界層方案；針對年平均濕度大于預(yù)設(shè)濕度閾值的地區(qū)，選擇mynn?2.5?level?tke行星層方案，搭配使用mynn近地面層方案。
20、步驟s2進(jìn)一步包括：
21、確定微尺度計算域范圍或中心參考點，生成微尺度計算域網(wǎng)格；
22、從步驟s1獲得的中尺度計算數(shù)據(jù)中提取微尺度計算域邊界網(wǎng)格對應(yīng)的風(fēng)速、溫度、湍動能信息，生成邊界入流脈動風(fēng)時序數(shù)據(jù)；
23、基于計算域網(wǎng)格和邊界入流脈動風(fēng)時序數(shù)據(jù)，對微尺度計算的納維-斯托克斯（n-s）方程進(jìn)行時、空數(shù)值離散，求解微尺度計算域流場，得到風(fēng)場初始預(yù)測場。
24、進(jìn)一步地，根據(jù)目標(biāo)研究區(qū)域及山高確定微尺度計算域范圍，背風(fēng)坡和出口邊界之間具有距離，以使背風(fēng)坡湍流發(fā)展穩(wěn)定。
25、進(jìn)一步地，步驟s2中，生成微尺度計算域網(wǎng)格的過程包括以下步驟：
26、對中-微尺度地形進(jìn)行融合，得到高精度stl地形文件，再采用openfoam的blockmesh工具生成背景網(wǎng)格，最后采用snappyhexmesh工具完成微尺度計算域內(nèi)整體網(wǎng)格及近地面網(wǎng)格加密過程。
27、進(jìn)一步地，生成脈動風(fēng)時序數(shù)據(jù)的過程包括以下步驟：
28、從wrf模擬結(jié)果中提取微尺度計算域邊界對應(yīng)的風(fēng)速、溫度和湍動能參數(shù)時空序列，將提取數(shù)據(jù)通過時間和空間插值導(dǎo)入到cfd模擬計算域邊界進(jìn)行微尺度計算，生成脈動風(fēng)時序數(shù)據(jù)。
29、進(jìn)一步地，采用大渦模擬（les）或延遲分離渦模擬（ddes）進(jìn)行微尺度計算域湍流場求解。
30、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的有益效果如下：
31、本專利技術(shù)的技術(shù)目的在于采用測風(fēng)塔實測數(shù)據(jù)訂正技術(shù)進(jìn)一步提升中-微尺度耦合數(shù)值模擬結(jié)果，以提高風(fēng)資源評估的準(zhǔn)確性。不同于現(xiàn)有技術(shù)中提到了的中-微尺度耦合、降尺度方法、測風(fēng)塔數(shù)據(jù)修正等內(nèi)容，本專利技術(shù)通過中尺度數(shù)據(jù)生成一種更符合真實大氣邊界層流動的脈動風(fēng)，為微尺度數(shù)值模擬提供邊界條件，以實現(xiàn)復(fù)雜地形風(fēng)場的精細(xì)化模擬。考慮到由于這些中尺度數(shù)據(jù)在陰天、下雨或者存在大風(fēng)過程時其精度受到影響，進(jìn)而影響中-微尺度耦合精度，為保證中-微尺度數(shù)值模擬本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
1.一種基于測風(fēng)塔實測數(shù)據(jù)訂正的復(fù)雜地形風(fēng)資源評估方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于測風(fēng)塔實測數(shù)據(jù)訂正的復(fù)雜地形風(fēng)資源評估方法，其特征在于，步驟S1進(jìn)一步包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于測風(fēng)塔實測數(shù)據(jù)訂正的復(fù)雜地形風(fēng)資源評估方法，其特征在于，根據(jù)當(dāng)?shù)氐乩憝h(huán)境和氣候特征配置參數(shù)化方案的過程包括以下步驟：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于測風(fēng)塔實測數(shù)據(jù)訂正的復(fù)雜地形風(fēng)資源評估方法，其特征在于，步驟S2進(jìn)一步包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于測風(fēng)塔實測數(shù)據(jù)訂正的復(fù)雜地形風(fēng)資源評估方法，其特征在于，根據(jù)目標(biāo)研究區(qū)域及山高確定微尺度計算域范圍，背風(fēng)坡和出口邊界之間具有距離，以使背風(fēng)坡湍流發(fā)展穩(wěn)定。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于測風(fēng)塔實測數(shù)據(jù)訂正的復(fù)雜地形風(fēng)資源評估方法，其特征在于，步驟S2中，生成微尺度計算域網(wǎng)格的過程包括以下步驟：
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于測風(fēng)塔實測數(shù)據(jù)訂正的復(fù)雜地形風(fēng)資源評估方法，其特征在于，生成脈動風(fēng)時序數(shù)據(jù)的過程包括以下步驟：
8.根據(jù)權(quán)利要
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于測風(fēng)塔實測數(shù)據(jù)訂正的復(fù)雜地形風(fēng)資源評估方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于測風(fēng)塔實測數(shù)據(jù)訂正的復(fù)雜地形風(fēng)資源評估方法，其特征在于，步驟s1進(jìn)一步包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于測風(fēng)塔實測數(shù)據(jù)訂正的復(fù)雜地形風(fēng)資源評估方法，其特征在于，根據(jù)當(dāng)?shù)氐乩憝h(huán)境和氣候特征配置參數(shù)化方案的過程包括以下步驟：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于測風(fēng)塔實測數(shù)據(jù)訂正的復(fù)雜地形風(fēng)資源評估方法，其特征在于，步驟s2進(jìn)一步包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于測風(fēng)塔實測數(shù)據(jù)訂正的復(fù)雜地形風(fēng)資源...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：馬國林，宋翌蕾，田琳琳，趙寧，
申請(專利權(quán))人：南京航空航天大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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