一種基于風向頻率的風資源網(wǎng)格劃分方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于風向頻率的風資源網(wǎng)格劃分方法。
【背景技術】
[0002] 上世紀90年代開始，世界各國紛紛采用數(shù)值模擬技術開展風資源評估，發(fā)展風資 源數(shù)值模擬系統(tǒng)，目前風資源數(shù)值模擬已成為風資源評估的主要技術手段。其中，風資源評 估軟件采用計算流體動力學（CFD)方法進行數(shù)值模擬，風資源CFD軟件不僅適用于一般地 形，對于復雜地形的風能資源評估也具有相當好的適用性，但在實際使用中仍然存在一個 共同的問題，比如，風資源評估軟件MeteodynWT，其主要根據(jù)計算模擬入口風的不同方向， 采用分塊結構化網(wǎng)格對整個空間進行網(wǎng)格化，即針對不同方向的定向計算，軟件會對網(wǎng)格 區(qū)域進行相應調整，但不論最小水平分辨率取多少，軟件采用的網(wǎng)格劃分方式基本相同，并 不因項目的風分布不同而改變，總的網(wǎng)格點數(shù)沿風向每轉90度周期變化一次。
[0003]采用傳統(tǒng)的等步長劃分網(wǎng)格（如各風向均采用最小水平分辨率為50m)，若網(wǎng)格劃 分較粗糙，則可能出現(xiàn)計算不收斂、計算結果不可靠等問題；若網(wǎng)格劃分較精細，雖可提高 計算結果的準確率，但會大大增加運算時間。在實際工程設計中，時間因素也值得特別考 慮，確保工程進度和計算結果可靠對于順利完成工程同等重要。尤其對風電場區(qū)域分布較 大的復雜地形，采用較小的最小水平分辨率往往會導致網(wǎng)格點數(shù)倍增，而且這個倍增在各 個風向上都有，多風向并行運算時甚至會導致各風向均無法按設置的最小水平分辨率進行 網(wǎng)格劃分，這是因為特定內存的計算機所容許的總網(wǎng)格計算量是確定的，多風向并行運算 時各風向上允許計算的網(wǎng)格數(shù)量會進行均勻分配，但這種均勻分配在風較少風向上是不必 要的，尤其當單個風向的網(wǎng)格數(shù)量超過容許總網(wǎng)格數(shù)量一半時，軟件則無法進行多風向并 行運算。
[0004] 運用風資源CFD軟件分析風電場風資源情況時，如何劃分網(wǎng)格來實現(xiàn)高效、準確 的分析計算十分重要，對于復雜地形問題更加突出。

【發(fā)明內容】

[0005]針對上述問題，本發(fā)明提供一種基于風向頻率的風資源網(wǎng)格劃分方法，各風向總 網(wǎng)格數(shù)與主風向的最小水平分辨率和風向頻率有關，使得網(wǎng)格劃分方式更好地實現(xiàn)人為控 制，并與工程項目特性息息相關，既具有較好的工程可靠性，又可更加合理地利用計算機資 源，大大提高計算效率。
[0006] 為實現(xiàn)上述技術目的，達到上述技術效果，本發(fā)明通過以下技術方案實現(xiàn)：
[0007] -種基于風向頻率的風資源網(wǎng)格劃分方法，其特征在于，包括如下步驟：
[0008] 步驟1、獲取測風數(shù)據(jù)，包括風速數(shù)據(jù)和風向數(shù)據(jù)；
[0009] 步驟2、計算風向頻率并繪制風向玫瑰圖；
[0010] 步驟3、確定主風向；
[0011] 步驟4、確定主風向最小水平分辨率L1;
[0012] 步驟5、根據(jù)主風向和任一風向上的總網(wǎng)格數(shù)之比等于這兩個風向相應的風向頻 率之比，求得各風向上的最小水平分辨率；
[0013] 步驟6、按照不同風向計算得到的最小水平分辨率進行網(wǎng)格劃分。
[0014] 優(yōu)選，步驟4中，根據(jù)場地復雜程度確定主風向最小水平分辨率Q。
[0015] 優(yōu)選，步驟5中，根據(jù)推導的公式計算其他風向最小水平分辨率，并判斷各風向最 小水平分辨率計算值的合理性，使得總網(wǎng)格點數(shù)玫瑰圖與風向玫瑰圖保持一致。當某一風 向最小水平分辨率計算值大于設定值L。時，取該風向最小水平分辨率為L。。
[0016] 本發(fā)明的有益效果是：
[0017] 本發(fā)明提出的方法可以對風資源評估軟件的傳統(tǒng)網(wǎng)格劃分方式進行優(yōu)化，各風向 總網(wǎng)格數(shù)與主風向的最小水平分辨率和風向頻率有關，使得網(wǎng)格劃分方式更好地實現(xiàn)人為 控制，并與工程項目特性息息相關，既具有較好的工程可靠性，又可更加合理地利用計算機 資源，大大提高計算效率；本發(fā)明方法對復雜地形下的風電場特別適用，尤其是主風向突出 的復雜地形項目，優(yōu)勢特別明顯。但本方法不僅適用于復雜地形，對于一般的平坦地形或主 風向不突出的工程項目本方法同樣適用，該方法還可解決軟件定向計算過程中的不收斂問 題；本發(fā)明方法通過數(shù)值模擬，得到了適用于一般地形和復雜地形條件下的主風向最小水 平分辨率取值范圍，為工程項目的開展提供了參考；本發(fā)明方法是在經過大量的風電場工 程項目基礎上提出的，理論依據(jù)充分，同時注重工程師設計經驗，貼合工程實際情況，可以 作為實際工程設計咨詢中的指導方法。
【附圖說明】
[0018] 圖1是本發(fā)明一種基于風向頻率的風資源網(wǎng)格劃分方法的流程圖；
[0019] 圖2是最小水平分辨率對考慮尾流后的總發(fā)電量影響圖。
【具體實施方式】
[0020] 下面結合附圖和具體的實施例對本發(fā)明技術方案作進一步的詳細描述，以使本領 域的技術人員可以更好的理解本發(fā)明并能予以實施，但所舉實施例不作為對本發(fā)明的限 定。
[0021] -種基于風向頻率的風資源網(wǎng)格劃分方法，如圖1所示，包括如下步驟：
[0022] 步驟1、獲取測風數(shù)據(jù)，包括風速數(shù)據(jù)和風向數(shù)據(jù)；
[0023] 步驟2、計算風向頻率并繪制風向玫瑰圖；
[0024] 步驟3、確定主風向；
[0025] 步驟4、確定主風向最小水平分辨率L1;
[0026] 步驟5、根據(jù)主風向和任一風向上的總網(wǎng)格數(shù)之比等于這兩個風向相應的風向頻 率之比，求得各風向上的最小水平分辨率；
[0027] 步驟6、按照不同風向計算得到的最小水平分辨率進行網(wǎng)格劃分。
[0028] 根據(jù)獲取的測風數(shù)據(jù)計算工程項目的風向頻率，據(jù)此繪制風向玫瑰圖，確定主風 向。風向分布對于項目發(fā)電量計算結果影響較大，若某個方向風十分缺乏甚至無風，則該方 向對計算結果的影響非常微小，并且，采用不同最小水平分辨率時，CFD軟件在風比較缺乏 的風向上計算得到的發(fā)電量變化不大，可以考慮對這些方向進行網(wǎng)格稀疏劃分，避免計算 機資源的無謂浪費；相反，若某個方向風特別集中，則該方向對計算結果影響巨大，可考慮 該方向上網(wǎng)格進行特別加密。這種基于風向頻率的網(wǎng)格劃分方法既可以合理利用計算機資 源，縮短計算時間，同時又能保證計算結果精度，對風電場分布區(qū)域較大或者主風向較明顯 的項目將具有顯著效果。
[0029] 優(yōu)選，步驟4中，根據(jù)場地復雜程度確定主風向最小水平分辨率Q。對于較復雜地 形采用傳統(tǒng)網(wǎng)格劃分時，最小水平分辨率取30~50m可以保證計算結果的準確性。但具體 實施非常困難，對風電場區(qū)域分布較大的復雜地形，采用30~50m的最小水平分辨率往往 會導致網(wǎng)格點數(shù)倍增，而且這個倍增在各個風向上都有，多風向并行運算時甚至會導致各 風向