[发明专利]一种基于WRF模式的海上风资源评估方法

摘要

本发明公开了一种基于WRF模式的海上风资源评估方法，主要步骤有：1）获取WRF数值天气预报数据和测风塔数据；2）建立风的垂直切变模型；3）建立风速概率模型；4）估算空气密度；5）评估风功率密度和年发电量。本发明的方法通过WRF数值天气预报数据评估海上风资源，有效地弥补传统的风资源评估技术准确率低的不足。

主权项

1.一种基于WRF模式的海上风资源评估方法，其特征在于：主要包括以下步骤：    步骤一，获取WRF数值天气预报数据和测风塔数据；    步骤二，根据步骤一获取的数据代入风的垂直切变幂律公式，估算其他高度上的风速值，建立风的垂直切变模型；风垂直切变幂律公式如下：式中：－风切变指数；—高度的风速，；—高度的风速，；如果WRF数值天气预报数据和测风塔数据中存在多个高度的测风数据，对应高度风垂直切变指数的最小二乘估计是：其中，,    步骤三，根据步骤二得到的风速，通过以下表达式计算概率分布密度：当数据足以充分估计Weibull的两个参数时：其中,为概率密度,为风速(),为形状参数,为尺度参数；当数据不足以充分估计Weibull的两个参数时，近似地认为风速分布满足Rayleigh分布：Rayleigh分布是Weibull分布在形状参数时的特殊情况；    步骤四，计算空气密度：其中,为水汽压(),为气温(),为大气压()；如果需要通过湿度换算成水汽压，换算方法是：对相对湿度，水汽压为其中为该温度下的饱和水汽压，据文献，在摄氏-50到50度范围内，采用马格努斯饱和水汽压计算公式：其中,为实际温度()；    步骤五，根据上述步骤计算得到的数据，分别代入以下公式得到风功率密度和年发电量；a，风功率密度设定时段的平均风功率密度表达式为：(）式中：—在设定时段内的记录数；—空气密度，；—第记录的风速（）值的立方；风功率密度在连续域上的表达式为：其中,为平均风能功率密度() ,为空气密度(),为风速(),为风速概率密度,为有效风能功率密度(),为条件功率密度函数；分别为有效风速的上、下限()；根据随Weibull分布的假设，风功率密度和有效风功率密度也可推导后写为：其中为伽马函数；如果随风速或时间变化较大，则还是只能还原到原始的积分公式来求取风能密度；b，年发电量在恒定和满足Weibull分布假设下，年发电量可以通过下式计算其中为风速的出现概率，为风速下，风力机的输出功率；如果不近似恒定，则的计算只能通过原始的时间积分完成。