[发明专利]一种基于相关系数的空间风场预测模型建立方法

说明书

本发明提出了一种基于相关系数的空间风场预测模型建立方法，利用少量观测点资料预测整个空间风场信息。根据CFD数值模拟空间风场结果，首先计算各空间点位置与观测点位置的相关性系数；然后依据两相邻观测点信息求解空间任一点风速。对于相关系数，如果两相邻观测点与空间任一点相关系数均超过临界值，则认为两观测点在同一个涡旋内，两者相关性很大，此时选取与空间任一点相关性系数较大的观测点作为预测模型分析的依据；若观测点与空间任一点相关系数小于临界值，则同时利用两观测点资料对空间任一点风速进行叠加求解。按上述方法能够预测空间任一点的风速时程，得到整场的风场资料。本发明具有预测效率高，结果准确，真实以及全面的优势。

技术领域

本发明涉及一种基于相关系数的空间风场预测模型建立方法。

背景技术

作为国家基础设施，大跨桥梁和风力电厂在项目评估初期和运营后期都不可避免的需要考虑风的影响。准确的空间风场可用于风力电厂和大跨桥梁的选址，使之分别处于最佳风力资源以及最小风害位置。现场监测是获得局地空间风场最优方法，然而，由于需要同时测量大量观测点，实施起来非常困难以及花费巨大。考虑到空间监测点的稀疏性和不均匀性，如何使用少量观测点信息获得空间风场资料显得尤为重要。现有预测模型主要侧重于小时或者日平均风速的预测，在考虑时间延迟的基础上，能基本预测平均风速，而对整个空间风场预测并不理想；而且模型对地形高差、风向、粗糙度等的考虑不全面。这里需要注意的是，相关性随距离和地形高差的增大而减小；当距离矢量方向与风向不同时，相关性也会减小；并且相关系数还与地形粗糙度，高度等有关。现有空间风场预测模型主要针对平均信息，对地形，粗糙度和风向的考虑严重不足。

发明内容

本发明提出一种基于相关系数的空间风场预测模型建立方法，由计算流体动力学数值模拟结果导出的高效空间风场预测模型，用于空间风场的预测，利用少量观测点资料就能够预测整个空间风场信息。

本发明所采用的技术如下：一种基于相关系数的空间风场预测模型建立方法，如下：根据计算流体动力学数值模拟空间风场结果，首先计算各空间点位置与观测点位置的相关性系数；然后依据两相邻观测点信息求解空间任一点风速，由于模型考虑地形，风向等的影响，需要分情况讨论：选取的参数准则为空间任一点与观测点平均风向角差值以及相关系数大小，如果平均风向角差值小于临界值，认为空间任一点风向与观测点一致，则二者平均风速呈正相关关系；相反，若平均风向角大于临界值，则二者平均风速呈反相关：对于相关系数，如果两相邻观测点与空间任一点相关系数均超过临界值，则认为两观测点在同一个涡旋内，两者相关性很大，此时选取与空间任一点相关性系数较大的观测点作为预测模型分析的依据；相反，若观测点与空间任一点相关系数小于临界值，则同时利用两观测点资料对空间任一点风速进行叠加求解，按上述方法能够预测空间任一点的风速时程，从而得到整场的风场资料。

本发明还具有如下技术特征：一种基于相关系数的空间风场预测模型建立方法，具体步骤如下：

根据计算流体动力学(CFD，Computational Fluid Dynamics)数值模拟空间风场结果，计算各空间点位置与观测点位置的相关性系数：

Cor_ij＝corrcoef(ux_i,ux_j) (1)

式中ux_i为观测点i处的脉动风速，ux_j空间任一点j处的脉动风速，Cor_ij为空间任一点与观测点的相关性系数；

依据两相邻观测点信息求解空间任一点风速。选取的参数准则为空间任一点与观测点平均风向角差值以及相关系数大小。分别取平均风向角临界差值为90°，相关性系数临界值为0.7。

如果平均风向角差值小于90°，认为空间任一点风向与观测点一致，则二者平均风速呈正相关关系；

If abs(Degree(i)-Degree(j))≤90