适用于复杂地形风场湍流强度确定方法、系统、设备及存储介质

摘要

本发明公开了一种适用于复杂地形风场湍流强度确定方法、系统、设备及存储介质，该方法包括：根据地形信息建立风场地形的理想模型；将理想模型生成网格文件，并对网格文件进行流场求解，得到满足网格独立性要求的计算网格；根据计算网格对流场进行分扇区精细模拟计算；根据分扇区精细模拟计算结果在风场中代表点位处生成湍流强度玫瑰图。本发明对于不同地形数据源、风资源数据源均适用，并可以根据使用者需要调整计算精度与计算范围，为后续风场的微观选址与投资奠定了良好的基础。

说明书

技术领域

本发明涉及风场流体力学应用领域，特别涉及一种适用于复杂地形风场湍流强度确定方法、系统、设备及存储介质。

背景技术

近年来，随着风力发电行业的快速发展，陆上风电开发的主要区域开始从平原向复杂山地转移。在风电场规划前期，主要的设计集中在对于风速分布的详细分析，对于湍流的处理往往只集中在测风塔处，并以测风塔的湍流强度来表征风场全址的湍流强度。这种方法在平原地区往往可行性较高，但如果应用于复杂山地环境，由于地形变化带来的粗糙度的增大，风场各处的湍流强度差异也较大，往往会存在投运后部门所选机组无法满足湍流强度需要的问题。

发明内容

针对上述背景技术中提到的难点问题，本发明的目的在于提供一种基于风资源离线数据集的适用于复杂地形风场湍流强度确定方法、系统、设备及存储介质，该方法结合山地风电场的实地测风与基于计算流体力学模式的全场风资源离线数值模拟结果，在现有软硬件资源的前提下，研究基于风电场运维系统下的场区内精细化风资源实时可视化评估方法，以解决在役山地风电场智慧化运维环节中存在的实际问题。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种适用于复杂地形风场湍流强度确定方法，包括以下步骤：

根据地形信息建立风场地形的理想模型；

将理想模型生成网格文件，并对网格文件基于风场入口边界条件进行流场求解，得到满足网格独立性要求的计算网格；根据计算网格对流场进行分扇区精细模拟计算，按照计算扇区设置风场入口边界条件，得到代表点位处该扇区湍流强度；

根据各个扇区的代表点位处的湍流强度进行汇总，生成风场代表点位处的湍流强度玫瑰图。

作为本发明的进一步改进，所述地形信息为实地测绘或者利用DEM数据库获取的初选场址以及附近预设范围内的地形数据。

作为本发明的进一步改进，所述网格文件的密度与局部地形的复杂度需呈正相关性，且在预设机位点处需加密网格。

作为本发明的进一步改进，所述以获得满足网格独立性要求的计算网格的步骤具体是：

提高网格分辨率，重复将理想模型生成网格文件，并对网格文件进行流场求解步骤，获得满足网格独立性要求的计算网格。

作为本发明的进一步改进，所述满足网格独立性要求是指网格数量比与在代表点位的风速及湍流强度比均满足：

其中：n

作为本发明的进一步改进，所述分扇区是将360°风向划分为若干个风向扇区，并根据该扇区风向进行边界条件设定。

作为本发明的进一步改进，所述风场中代表点位包括预设机位点位与可代表当地形特性的点位。

一种适用于复杂地形风场湍流强度确定系统，包括：

模型建立模块，用于根据地形信息建立风场地形的理想模型；

模拟计算模块，用于将理想模型生成网格文件，并对网格文件进行流场求解，得到满足网格独立性要求的计算网格；根据计算网格对流场进行分扇区精细模拟计算；

结果生成模块，用于根据分扇区精细模拟计算结果在风场中代表点位处生成湍流强度玫瑰图。

一种适用于复杂地形风场湍流强度确定系统，包括：

模型建立模块，用于根据地形信息建立风场地形的理想模型；

模拟计算模块，用于将理想模型生成网格文件，并对网格文件基于风场入口边界条件进行流场求解，得到满足网格独立性要求的计算网格；根据计算网格对流场进行分扇区精细模拟计算，按照计算扇区设置风场入口边界条件，得到代表点位处该扇区湍流强度；

结果生成模块，用于根据各个扇区的代表点位处的湍流强度进行汇总，生成风场代表点位处的湍流强度玫瑰图。

一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述适用于复杂地形风场湍流强度确定方法的步骤。

一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述适用于复杂地形风场湍流强度确定方法的步骤。

与现有技术方法相比，本发明的有益效果是：

本发明方法结合山地风电场的实地测风与基于计算流体力学模式的全场风资源离线数值模拟结果，在现有软硬件资源的前提下，研究基于风电场运维系统下的场区内精细化风资源实时可视化评估方法，以解决在役山地风电场智慧化运维环节中存在的实际问题。该适用于复杂地形风场湍流强度确定方法具有极高的可操作性，适用于不同的地形特性与风资源特性地区，且操作简便，可以得到更加精细准确的不同扇区的湍流强度分布。对于不同地形数据源、风资源数据源均适用，并可以根据使用者需要调整计算精度与计算范围，为后续风场的微观选址与投资奠定了良好的基础。

附图说明

下面结合附图对本发明做详细叙述。

图1为本发明方法的流程图；

图2为本发明实施例中生成的三维地形图；

图3为本发明实施例中的计算网格图；

图4为本发明实施例中所得到的湍流强度玫瑰图；

图5为本发明适用于复杂地形风场湍流强度确定系统结构示意图；

图6为本发明电子设备结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的和技术方案更加清晰和便于理解。以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步的详细说明。

如图1所示，本发明一种适用于复杂地形风场湍流强度确定方法，包括以下步骤：

1)根据地形信息通过建模软件建立风场地形的理想模型；

步骤1)中，所用地形信息为实地测绘或者利用DEM数据库获取的初选场址以及附近预设范围内的地形数据。

2)将步骤1)中所得到的理想模型导入计算流体力学前处理软件，生成网格文件；

步骤2)中，网格的密度与局部地形的复杂度需呈正相关性，且在预设机位点处需加密网格。

3)将步骤2)中得到的网格文件导入CFD求解软件或求解器进行流场求解；

4)提高网格分辨率，重复步骤2)与步骤3)，获得满足网格独立性要求的计算网格；

步骤4)中，满足网格独立性要求即网格数量比与在代表点位的风速及湍流强度比均满足：

其中：n

5)将步骤4)中获得的计算网格导入文件导入CFD求解软件或求解器对流场进行分扇区精细模拟计算，按照计算扇区设置风场入口边界条件，得到代表点位处该扇区湍流强度；

步骤3)与5)中，所用风场入口边界条件数据源于现场测风数据，包括经过检验、处理、分析、订正后的测风塔数据及激光雷达测风数据。

步骤5)中，分扇区计算指的是将360°风向划分为若干个风向扇区，并根据该扇区风向进行边界条件设定。

6)将步骤5)中所得到的各个扇区的代表点位处的湍流强度进行汇总，生成风场代表点位处的湍流强度玫瑰图。

步骤6)中，代表点位包括预设机位点位与可代表当地形特性的点位。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

请参考图2、图3，本发明提供一种适用于复杂地形风场湍流强度确定方法，包括以下步骤：

1)根据地形信息通过建模软件建立风场地形的理想模型，如图1；

2)将步骤1)中所得到的理想模型导入计算流体力学前处理软件，生成网格文件，如图3；

3)将步骤2)中得到的网格文件导入CFD求解软件或求解器，设置风场入口边界条件并进行流场求解；

4)提高网格分辨率，重复步骤2)与步骤3)，获得满足网格独立性要求的计算网格；

5)将步骤4)中获得的计算网格导入文件导入CFD求解软件或求解器对流场进行分扇区精细模拟计算，按照计算扇区设置风场入口边界条件；

6)在风场中代表点位处生成湍流强度玫瑰图，如图4。

在本实施例中，步骤1)中所用地形信息为实地测绘的地形数据。

在本实施例中，步骤4)中提高网格分辨率后得到的网格总数为370万的计算网格经过验证满足网格独立性要求：

在本实施例中，步骤3)与5)中所用风场入口边界条件数据为经过检验、处理、分析、订正后的测风塔数据。

在本实施例中，步骤5)中分扇区计算将360°风向划分为6个风向扇区，并根据该扇区风向进行边界条件设定。入口风速为该扇区的平均风速。

在本实施例中，步骤6)中所选的代表点位为主要预设机位点。

从图4可以看出，该机位点主风向湍流强度较高，应在风电机组安全选型时重点考虑湍流强度的因素。

如图5所示，本发明第二个目的是提供一种适用于复杂地形风场湍流强度确定系统，包括：

模型建立模块，用于根据地形信息建立风场地形的理想模型；

模拟计算模块，用于将理想模型生成网格文件，并对网格文件进行流场求解，得到满足网格独立性要求的计算网格；根据计算网格对流场进行分扇区精细模拟计算；

结果生成模块，用于根据分扇区精细模拟计算结果在风场中代表点位处生成湍流强度玫瑰图。

如图6所示，本发明第三个目的是提供一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述适用于复杂地形风场湍流强度确定方法的步骤。

本发明第四个目的是提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述适用于复杂地形风场湍流强度确定方法的步骤。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。