[发明专利]一种平稳脉动风幅值谱的确定方法

权利要求书

1.一种平稳脉动风幅值谱的确定方法，包括风压传感器的监测设备与计算机配合，其特征在于：利用非参数高精度幅值相位谱估计法（APES）和粒子群算法对风速数据进行风谱的参数拟合相结合的方法，确定平稳脉动风幅值谱，包括下述步骤：

第一步，首先利用风压传感器从不同高度两点或多点获取实测脉动风速数据样本，根据实测风速时程，确定采样频率f和样本时长T，对该实测脉动风速数据样本进行矢量分解，得到平面风速和脉动风速；

第二步，对风速数据样本进行筛选，将剔除了异常数据的正常风速数据样本进行计算，得到地面粗糙高度与地表剪切风速；

第三步，利用非参数高精度幅值相位谱估计法（APES）进行脉动风幅值计算，每个样本最终的脉动风速的幅值谱估计和相位估计如下，

；

第四步，对计算结果进行统计，得到其均值、方差的统计值；

第五步，通过粒子群算法对风速数据进行风谱的参数拟合，得到场地的经验幅值谱模型，其中，为待拟合参数；

1）经验脉动风幅值谱：

定义目标函数：

其中，为经验脉动风幅值谱中u_*与f随机变动时得到的均值与方差；

采用粒子群算法，在定义域内求得一组参数组合，使得取得最小值，所得结果即为经验脉动风幅值谱；

2）经验脉动风幅值均值谱：

定义经验脉动风幅值均值谱形式为：

其中，为的均值；

定义目标函数如下：

采用粒子群算法，在定义域内求得一组参数组合，使得取得最小值，所得结果即为经验脉动风幅值均值谱；

3）经验脉动风幅值标准差谱：

定义经验脉动风标准差谱形式为：

定义目标函数如下：

采用经验脉动风幅值谱或者经验脉动风幅值均值谱与经验脉动风幅值标准差谱的组合，既可生成随机脉动风幅值谱。

2.根据权利要求1所述的一种平稳脉动风幅值谱的确定方法，其特征在于：确定采样频率f和样本时长T后，将数据采用矢量分解法，对每个不同高度风速样本数据进行矢量分解，主风速、平面风速以及水平平均风向角：

其中，代表第i个样本的水平面内以及竖向的平均风速。

3.根据权利要求1或2所述的一种平稳脉动风幅值谱的确定方法，其特征在于，将剔除了异常数据的正常风速数据样本按下述公式进行计算，得到地面粗糙高度Z_oj与地表剪切风速：

其中，u_{p j} (Z₁)、u_{p j} (Z₂)代表第j个平稳风样本高度为Z₁、Z₂处的平面主风速。

4.根据权利要求3所述的一种平稳脉动风幅值谱的确定方法，其特征在于，剔除异常数据样本的原则为：

1）主风速大于6m/s；

2）原始风速数据中超过64m/s的数据点小于50个；

3）高处的主风速、平面风速均大于低处数值。

5.根据权利要求1或2所述的一种平稳脉动风幅值谱的确定方法，其特征在于，

得到平稳风样本的水平面脉动风速时程为：

。