[發明專利]風電場風資源非定常數值模擬方法和裝置

在審

• 申請號: 202110049659.6
• 申請日: 2021-01-14
• 公開（公告）號: CN112685977A
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 朱蓉
• 申請（專利權）人: 國家氣候中心
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F30/27;G06N20/00;G06F113/08;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 北京開陽星知識產權代理有限公司 11710
• 代理人: 安偉

本公開涉及一種風電場風資源非定常數值模擬方法，包括：采用中尺度模式模擬選址區域的歷史氣象要素場，得到所述選址區域的歷史氣象要素場的中尺度數值模擬數據；并獲取所述選址區域在不同氣象組合條件下的氣候平均風廓線；基于所述氣候平均風廓線作為入口條件進行流場模擬計算，得到與所述不同氣象組合條件下對應的CFD計算流場；采用中尺度模式模擬選址區域的觀測同期氣象要素場，得到所述選址區域的觀測同期氣象要素場的中尺度數值模擬數據；并獲取所述觀測同期內每個單位時間的氣象組合條件，并基于所述每個單位時間的氣象組合條件獲取每個單位時間對應的非定常CFD計算流場。本公開能夠滿足風電場選址工程設計需求。

技術領域

本公開涉及風力發電技術領域，尤其涉及一種風電場風資源非定常數值模擬方法和裝置，以及計算機裝置和可讀存儲介質。

背景技術

風電場選址風能資源評估需要精細化到水平分辨率高于50m×50m的流場計算，CFD(Computation Fluid Dynamics，計算流體力學)模式可以實現如此高分辨率的流場數值模擬，但是CFD模式的有限元求解方法只能模擬得到穩態的流場，無法實現非定常流場的數值模擬。中尺度氣象模式采用差分求解，可以實現非定常流場數值模擬，但是模式水平分辨率低于3km×3km時的計算精度和時效都不能保證。因此，近幾年中尺度模式與CFD模式耦合算法成為風電場風資源精細化評估技術的突破點。例如，美國能源署“Atmosphere toElectrons(A2e)”研究計劃(2015-2021年)中設立了“中尺度與微尺度耦合研究”項目(2015-2019年)；歐盟“New European wind Atlas(NEWA)”研究計劃(2015-2020年)中的第三專題目標是多尺度耦合模式系統平臺建設。

歐美研究技術支持下發展的流場多尺度耦合數值模擬方法都還處于數值實驗研究階段，與風電場選址工程設計應用還有相當大的距離，美國能源署A2e研究計劃研究得到了采用中尺度模式驅動大渦模擬(WRF-LES)為CFD模式提供湍流入口參數的中微尺度耦合方法，但是WRF-LES模式和CFD模式的計算都很耗時，A2e成果中也只是通過個例模擬研究說明WRF-LES的湍流驅動場對CFD流場計算的作用；歐盟NEWA研究計劃發展了中尺度模式WRF與CFD模式離線耦合的模式鏈，模式鏈的計算同樣十分耗時，該項目只是用于在4個典型地形觀測實驗中選出的個例進行模擬研究，研究表明中尺度數值模擬驅動的流場CFD計算比采用理想入口條件獲得的流場更準確。

也就是說，在目前研究的風電場選址中，首先，由于中尺度模式方程及其求解方法與CFD模式完全不同，中尺度模擬逐時輸出的氣象和風環境變量不完全滿足CFD計算求解收斂的約束條件，容易導致CFD計算不收斂；其次，CFD計算非常耗時，而且得到的是穩態流場，沒有時間變化，計算耗時至少一年，不能滿足風電場選址工程設計需求。

發明內容

鑒于以上內容，有必要提出一種風電場風資源非定常數值模擬方法和裝置，以及計算機裝置和可讀存儲介質，其能夠滿足風電場選址工程設計所需的計算時效。

本公開的第一方面提供了一種風電場風資源非定常數值模擬方法，該方法包括：

采用中尺度模式模擬選址區域的歷史氣象要素場，得到選址區域的歷史氣象要素場的中尺度數值模擬數據；

根據選址區域的歷史氣象要素場的中尺度數值模擬數據，獲取選址區域在不同氣象組合條件下的氣候平均風廓線；

基于選址區域在不同氣象組合條件下的氣候平均風廓線作為入口條件進行流場模擬計算，得到與不同氣象組合條件下對應的CFD計算流場；

采用中尺度模式模擬選址區域的觀測同期氣象要素場，得到選址區域的觀測同期氣象要素場的中尺度數值模擬數據；

根據觀測同期氣象要素場的中尺度數值模擬數據，獲取所述觀測同期內每個單位時間的氣象組合條件，并基于每個單位時間的氣象組合條件獲取每個單位時間對應的非定常CFD計算流場。