[发明专利]双重嵌套模拟风电场风速分布的方法

摘要

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。

主权项

1.一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，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ASTER GDEM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；步骤四，获取GlobeLand30地表覆盖数据，制作第一重嵌套的30m分辨率地表粗糙度数据；获取的GlobeLand30地表覆盖数据范围为：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，大地坐标[X5，Y5]，边长为80—120km之间的正方形，利用GlobeLand30地表覆盖分类与地表粗糙度的对应关系，将获取的GlobeLand30地表覆盖数据对应转化为30m分辨率地表粗糙度数据；步骤五，开展第一重嵌套，模拟步骤一的虚拟测风塔的风速风向序列，采用计算流体力学软件Meteodyn WT，载入步骤二的4组MERRA再分析气象数据，步骤三的ASTER GDEM海拔高程数据，以及步骤四的30m分辨率地表粗糙度数据作为边界条件，计算网格设置如下：最小水平分辨率为1km，最小垂直分辨率为20m，水平扩展系数为1.1，垂直扩展系数为1.2，垂直参数为0.7，完成16风向扇区的定向计算后，经由4组MERRA数据地面50m高度的最近30年的风速风向序列，分别外推模拟，得到4组虚拟测风塔70‑100m高度的同期风速风向序列：[U10、D10]、[U20、D20]、[U30、D30]、[U40、D40]；按下列公式计算加权平均后的虚拟测风塔的风速风向序列[U0、D0]，即为所需数据：步骤六，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：按步骤三、四的方法获取风电场场址范围的ASTER GDEM海拔高程数据，GlobeLand30地表覆盖数据，制作出30m分辨率地表粗糙度数据；步骤七，开展第二重嵌套，模拟风电场风速分布：采用WT软件载入步骤六的虚拟测风塔的风速风向序列，以及步骤六的ASTER GDEM海拔高程数据，30m分辨率地表粗糙度数据作为边界条件，计算网格设置如下：最小水平分辨率为30m，最小垂直分辨率为4m，水平扩展系数为1.1，垂直扩展系数为1.2，垂直参数为0.7；完成16风向扇区的定向计算后，经由虚拟测风塔的风速风向序列[U0、D0]，外推模拟得到风电内空间任一点的风流数据，进而绘制出风电场30‑100m分辨率风速分布图，完成双重嵌套风电场风速分布的模拟。