一种风资源计算方法技术

本发明专利技术提供了一种风资源计算方法，通过对原始测风数据进行分析和基于全高度大气层边界建立CFD计算所需模型；使用CFD求解器计算得到各个风向条件下的风速和湍流分布；并根据各个风向条件下的风速和湍流分布、测风塔坐标、机位坐标、风机功率数据以及风况数据计算出风资源分布情况，确定风电场中适合安装风电机组的位置；也可以使用本发明专利技术的方法对已经设置好风电机组的风电场的风资源进行分析。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及风电场
，尤其涉及一种用于解决复杂地形风电场微观选址的 风资源计算方法。
技术介绍
微观选址是风电场建设的最重要阶段，主要任务是根据宏观选址的风场进行测风 工作，使用测风点数据进行风场内风资源评估，计算出整个风场的风功率，根据地形条件和 风分布进行风机选型和风机布点工作。风电场微观选址是在宏观选址的基础上布置风力发 电机组，使整个风电场具有较好的经济效益。国内外的经验教训表明，风电场微观选址的失 误造成的发电量损失和增加的维修费用将远远大于对场址进行详细调查的费用。因此，风 电场的微观选址对风电场的建设至关重要。目前国内外的微观选址通常采用CFD软件，通 过输入风能、气象、地形、地貌等各种数据，经过计算机的复杂计算来完成。 其中，风能是由地球表面大量空气流动所产生的动能，而人类可以利用的风能主 要集中在大气边界层，大气边界层是大气层底部流动状态受到地表影响的部分，其中最下 面的称为表面层，目前多数模型都是基于表面层设置的，但是，大气边界层表面层通常只有 一百米左右的高度，而目前大型风电机组的叶轮所在空域通常超过这个高度，所以基于风 电场风资源评估技术，设计一种专门用于复杂地形风电场微观选址的方法是有必要的。
技术实现思路
本专利技术提供一种用于优化风电场设计、风电机组选型和排布的风资源计算方法， 通过模拟已知空间点的测风数据来推算其他空间点的风况，进而根据所有空间点的风况确 定适合安装风电机组的位置，也可以对已经设置好风电机组的风电场的风资源进行分析。 本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：，包括以下步 骤： S1，对原始地形数据进行处理，生成三维立体的计算域网格； S2,对原始测风数据进行统计分析得到全年的风况统计数据，所述风况统计数据 包括：风速分布、风速频率、风向频率； S3,根据所述风况数据生成多个风向边界条件，通过所述计算域网格、风向边界条 件和纬度、地表粗糙度得到CFD计算所需模型；所述CFD计算模型为全高度大气边界层数值 计算模型，包括：壁面函数、湍流模型和风廓线计算模型； S4,根据CFD计算所需模型，使用CFD求解器计算得到各个风向条件下的风速和湍 流分布； S5,根据各个风向条件下的风速和湍流分布、测风塔坐标、机位坐标、风机功率数 据以及风况数据计算出风资源分布情况； 1、壁面函数 壁面函数用来定义第一层网格在CFD计算所需模型；所述壁面函数包括湍流区域 模型；所述湍流区域模型由传统的壁面函数：本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风资源计算方法，包括以下步骤： S1，对原始地形数据进行处理，生成三维立体的计算域网格； S2，对原始测风数据进行统计分析得到全年的风况统计数据，所述风况统计数据包括：风速分布、风速频率、风向频率； S3，根据所述风况数据生成多个风向边界条件，通过所述计算域网格、风向边界条件和纬度、地表粗糙度得到CFD计算所需模型； S4，根据CFD计算所需模型，使用CFD求解器计算得到各个风向条件下的风速和湍流分布； S5，根据各个风向条件下的风速和湍流分布、测风塔坐标、机位坐标、风机功率数据以及风况数据计算出风资源分布情况； 其特征在于，所述CFD计算模型为全高度大气边界层数值计算模型。

【技术特征摘要】
1. 一种风资源计算方法，包括以下步骤： S1，对原始地形数据进行处理，生成三维立体的计算域网格； 52, 对原始测风数据进行统计分析得到全年的风况统计数据，所述风况统计数据包括： 风速分布、风速频率、风向频率； 53, 根据所述风况数据生成多个风向边界条件，通过所述计算域网格、风向边界条件和 纬度、地表粗糙度得到CFD计算所需模型； 54, 根据CFD计算所需模型，使用CFD求解器计算得到各个风向条件下的风速和湍流分 布； 55, 根据各个风向条件下的风速和湍流分布、测风塔坐标、机位坐标、风机功率数据以 及风况数据计算出风资源分布情况； 其特征在于，所述CFD计算模型为全高度大气边界层数值计算模型。2. 如权利要求1所述的风资源计算方法，其特征在于，所述全高度大气边界层数值计 算模型包括：壁面函数；所述壁面函数用来定义第一层网格在CFD计算所需模型；所述壁面其中，Z+为无量纲壁面切线距离； 优选的，所述第一层网格在水平面上的投影为矩形，网格的边长为30m-50m ;所述第一 层网格的垂直高度一般在IOm以内。3. 如权利要求1所述的风资源计算方法，其特征在于，所述全高度大气边界层模型还 包括：湍流模型常数的标定，其中，^为地表摩擦速度；k为湍流脉动动能；所 述Us^Pk均为测量得到。4. 如权利要求1所述的风资源计算方法，其特征在于，所述全高度大气边界层模型还 包括：风廓线计算模型；所述风廓线计算模型为所述计算域网格边界部的计算模型，取所 述计算域网格除第一层以外的区域，并且在每层计算域网格上都进行相同的计算； 所述风廓线计算模型包括：湍动能耗散率e ;湍动能耗散率由传统的大气边界层表面其中，f为地表摩擦速度，由测量得到；K为冯?卡门常数；K =0.4 ;z为所述计算域 网格中心点的高度；Zi为在所述计算域大气边界层的厚度； 优选的，所述风廓线计算模型还包括：湍流脉动动能k的计算模型；所述湍流 脉动动能在大气边界层表面层的模型是由常用等式（9)，在考虑系数：后得到全高度大气边 界层的模型：其中，u#为地表摩擦速度，Cli为湍流模型常数；模型系数由实测数据分析和理 论研究获得； 优选的，所述Cli为常数；优选的Cli = 0. 036 ; 优选的，所述风廓线计算模型还包括：在全高度大气边界上的风廓线模型；所述在全 高度大气边界上的风廓线模型由大气边界层表面层风廓线模型（11):在考虑 全高度大气边界层修正后，得到：其中，u为来流风速，f为地表摩擦速度由测量得到，K为冯?卡门常数，z为所述计 算域网格中心点的高度，Zi为在所述计算域大气边界层的厚度，Lm为大气边界层中部的长 度尺度；Ztl为地表粗超度长度。...

【专利技术属性】
技术研发人员：辛克锋，张晓东，王吉远，刘丽丽，范忠瑶，龙泉，张辰源，
申请(专利权)人：中国大唐集团新能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11