[发明专利]双重嵌套模拟风电场风速分布的方法

说明书

一种双重嵌套模拟风电场风速分布的方法，包括建立虚拟测风塔、获取第一重嵌套的MERRA再分析气象数据、获取第一重嵌套的ASTER GDEM海拔高程数据、获取GlobeLand30地表覆盖数据、开展第一重嵌套、获取第二重嵌套的ASTER GDEM海拔高程数据及30m分辨率地表粗糙度数据、开展第二重嵌套，模拟风电场风速分布。本发明直接使用MERRA再分析气象数据，不需设立测风塔，节省立塔成本及观测时间；直接使用ASTER GDEM海拔高程数据、GlobeLand30地表覆盖数据制作30m分辨率地表粗糙度数据，不需现场踏勘、仪器测绘、计算机处理等获取场址的海拔高程、地表粗糙度资料，提高效率。

技术领域

本发明涉及一种风电场风速分布的模拟方法，具体涉及一种采用双重嵌套的方式模拟风电场风速分布的方法。

背景技术

我国国土面积幅员辽阔、风能资源极为丰富。随着风电机组的技术逐步成熟、制造成本持续下降，我国也迎来了风电大规模开发建设的高速发展时期。近年来，随着金风科技等低风速风电机组的问世，使得风能资源欠丰富的地区也具备了开发的可能性，风电项目的投资热点也从传统的“三北”地区扩展到了新兴的南方地区。

而南方地区的风电场多位于山地地带，具有一定的复杂性，海拔高程落差大、地形崎岖、地貌多变、局地气候明显，以上特点导致风能资源在空间分布上具有极强的不均匀性，即使空间距离仅数十米的两个点位也可能存在较大的风速差异。

针对山地风电场具有特殊的复杂性，风能领域引入了计算流体力学方法进行风场模拟，其步骤大致如下：1)在风电场内设立一个或多个测风塔，获得至少一个完整年的测风数据；2)利用附近气象站的多年长期数据，将测风数据订正到代表年水平；3)利用计算流体力学软件载入订正后的测风数据、及海拔高程、地表粗糙度等资料作为边界条件，建立起数十米分辨率的三维计算网格，通过求解Navier-Stokes方程，计算出风电内空间任一点的风流数据，进而绘制出风电场的风速分布图。

上述技术的不足之处在于：1)设立测风塔的费用在数十万元，还需一年以上的观测期，成本过高，时间过长；2)需购买气象站多年长期数据，并对测风数据开展订正，耗费大量人力财力；3)场址的海拔高程、地表粗糙度等资料需要现场踏勘、仪器测绘、计算机处理等，过程繁琐、效率低、费用高。总之，现有技术的过程繁琐、成本高、时间长。

发明内容

本发明的目的在于提供一种不需要建设实体测风塔及现场采集相关数据，充分利用现有数据，投入少，过程简单的双重嵌套模拟风电场风速分布的方法。

本发明的目的是这样实现的：一种双重嵌套模拟风电场风速分布的方法，包括以下步骤：

步骤一，建立虚拟测风塔：在风电场内选择在场址内选取处点位，作为虚拟测风塔的位置，并定义大地坐标为[X0，Y0]；

步骤二，获取第一重嵌套的MERRA再分析气象数据。数据覆盖了全球的陆地区域以及离岸50km以内的近海区域，水平方向上网格划分为2/3经度×1/2纬度(约70km×50km)，垂直方向上分为72层。选取步骤一建立的虚拟测风塔位置所在的网格的四角格点位置，大地坐标分别为[X1，Y1]、[X2，Y2]、[X3，Y3]、[X4，Y4]，与虚拟测风塔的水平距离分别为S1、S2、S3、S4的MERRA数据，获取地面50-100m之间高度的最近20年以上的风速风向序列，一共得到4组MERRA再分析气象数据：[U1、D1]、[U2、D2]、[U3、D3]、[U4、D4]，其中U为风速、D为风向；

步骤三，获取第一重嵌套的ASTER GDEM海拔高程数据；获取以下范围的ASTERGDEM海拔高程数据：中心为步骤一建立的虚拟测风塔位置所在的网格的几何中心位置，大地坐标为[X5，Y5]，边长为80—120km之间的正方形；