[發明專利]一種基于壓縮傳感的風場重建方法

有效

• 申請號: 201610065030.X
• 申請日: 2016-02-01
• 公開（公告）號: CN105718695B
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發明（設計）人: 孫單勛;孫瑩;張景胤;劉石
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F119/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于壓縮傳感的風場重建方法，計算模型為風場，風場兩側受到邊界影響，會產生邊界層。x方向為水平方向，y方向為風穿過風場方向，風速方向垂直于入口處沿y方向進入風場，當進口風速發生變化后，計算對該場造成的影響，將發生進口風速變化前后的速度場進行比較，在擾動向前推進的某一刻會得到一個存在一些峰值區域且大部分點處凈增值的場，計算區域運用貝爾運算等理論，應用質量守恒方程、動量守恒方程以及湍動能和湍動能耗散率方程進行計算，并利用合適的小波基對矩陣進行稀疏化處理。本發明能夠對風場進行快速預測，通過少量計算重構大量網格上的數據。運算時間相比傳統預測方法更短。

技術領域

本發明涉及風場預測領域，具體是一種基于壓縮傳感的風場重建方法。

背景技術

風能是一種取之不竭，蘊藏巨大的清潔能源。參考來自世界風能協會的統計，全球風電裝機總容量在2008年達到1.20791億kw，年增長速度為28.7％，甚至高于過去十年的平均增長速度。在世界范圍內風力發電得到了廣泛的應用，到2008年底，全球70多個國家建設了風電場。在世界范圍內普遍接受風力發電作為替代能源技術。

短期風場預測的目的是直接或簡介地預測風力發電場的輸出(先估測風場，然后轉換成電)。短期預測主要面向電網交易市場(每日交易和盤中交易)，系統管理一些維護任務調度，推動系統運營商，電力公司及風電場的利益。

風場預測方法主要分為統計大氣模型方法和物理大氣模型方法。統計大氣模型方法依賴力學原理，是根據歷史統計數據找出天氣狀況與風電場的關系，然后根據數值：天氣預報數據和實測數據，對風電場輸出功率進行預測。這種方法因為預報速度快，所以經常用于風電的超短期預測。統計模型方法主要包括時間序列、神經網絡、支持向量機等。物理大氣模型方法主要依據質量守恒、動量、能量守恒基本物理原理及氣體狀態方程，對一系列微分方程組進行數值求解，從初始狀態進行迭代，預測未來某個時刻大氣的狀態，借助物理方法將節點上的預報數據內插或外推到風場中相關的位置以及風力發電機槳葉軸心的高度。目前有多種三維數值天氣預報模型已經應用，包括MESO公司的MASS模型、賓西法尼亞州立大學和國家大氣中心的MM5模型等。物理模型的優勢是不需要大量的、長期的測量數據，而且更適用于復雜地形。應用統計方法預測風場的準確性依賴于大量數據樣本，因而計算量較大，特別是當參數的先驗概率分布比較復雜，尤其參數維數比較高時，傳統的統計方法計算速度會比較慢。

應用物理大氣模型方法預測風場的缺點是需要科研人員具有豐富的氣象知識，了解物理特性，如果模型建立的比較粗糙，預測精度下降較快。然而，在風場這樣大的尺度下，求解流體力學的守恒方程組(例Navier-stokes方程組)并獲取較高空間分辨率的風速分布，將需要巨大數量的數據處理，因而會需要巨大的計算資源和能力，目前該方法尚難以提供風電機尺度上的詳細風速分布。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于壓縮傳感的風場重建方法，以解決上述背景技術中提出的問題，為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種基于壓縮傳感的風場重建方法，計算模型選擇一塊不小于7000m²的正方形風場，風場兩側受到邊界影響，會產生邊界層。x方向為水平方向，y方向為風穿過風場方向；初始時，風速方向垂直于入口處沿y方向進入風場，當進口風速發生變化后，對該場造成的影響也將計入考慮中。假定某時刻后，進口處x＝-8～-12m至x＝8～12m位置間風速增長為4～6m/s，方向仍垂直于入口處進入風場，再來考慮整個風場的風速情況。將發生進口風速變化前后的速度場進行比較，在擾動向前推進的某一刻必會得到一個存在一些峰值區域且90％點處凈增值的場，作為一個具有稀疏性矩陣，計算區域運用貝爾運算，從正方形區域切除圓柱體部分作為計算區域，對于計算區域，網格劃分采用四邊形(Quad)網格，在平面內平鋪(Pave)生成，因此得到10000個網格點數據；對于時間步長的選擇，根據Δt＝網格大小/流動速度，確定時間步長。流體計算采用時間平均的N-S方程，描述流場的方程包括質量守恒方程，動量守恒方程，以及湍動能和湍動能耗散率方程如下：