[发明专利]风电场风资源非定常数值模拟方法和装置

说明书

本公开涉及一种风电场风资源非定常数值模拟方法，包括：采用中尺度模式模拟选址区域的历史气象要素场，得到所述选址区域的历史气象要素场的中尺度数值模拟数据；并获取所述选址区域在不同气象组合条件下的气候平均风廓线；基于所述气候平均风廓线作为入口条件进行流场模拟计算，得到与所述不同气象组合条件下对应的CFD计算流场；采用中尺度模式模拟选址区域的观测同期气象要素场，得到所述选址区域的观测同期气象要素场的中尺度数值模拟数据；并获取所述观测同期内每个单位时间的气象组合条件，并基于所述每个单位时间的气象组合条件获取每个单位时间对应的非定常CFD计算流场。本公开能够满足风电场选址工程设计需求。

技术领域

本公开涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种风电场风资源非定常数值模拟方法和装置，以及计算机装置和可读存储介质。

背景技术

风电场选址风能资源评估需要精细化到水平分辨率高于50m×50m的流场计算，CFD(Computation Fluid Dynamics，计算流体力学)模式可以实现如此高分辨率的流场数值模拟，但是CFD模式的有限元求解方法只能模拟得到稳态的流场，无法实现非定常流场的数值模拟。中尺度气象模式采用差分求解，可以实现非定常流场数值模拟，但是模式水平分辨率低于3km×3km时的计算精度和时效都不能保证。因此，近几年中尺度模式与CFD模式耦合算法成为风电场风资源精细化评估技术的突破点。例如，美国能源署“Atmosphere toElectrons(A2e)”研究计划(2015-2021年)中设立了“中尺度与微尺度耦合研究”项目(2015-2019年)；欧盟“New European wind Atlas(NEWA)”研究计划(2015-2020年)中的第三专题目标是多尺度耦合模式系统平台建设。

欧美研究技术支持下发展的流场多尺度耦合数值模拟方法都还处于数值实验研究阶段，与风电场选址工程设计应用还有相当大的距离，美国能源署A2e研究计划研究得到了采用中尺度模式驱动大涡模拟(WRF-LES)为CFD模式提供湍流入口参数的中微尺度耦合方法，但是WRF-LES模式和CFD模式的计算都很耗时，A2e成果中也只是通过个例模拟研究说明WRF-LES的湍流驱动场对CFD流场计算的作用；欧盟NEWA研究计划发展了中尺度模式WRF与CFD模式离线耦合的模式链，模式链的计算同样十分耗时，该项目只是用于在4个典型地形观测实验中选出的个例进行模拟研究，研究表明中尺度数值模拟驱动的流场CFD计算比采用理想入口条件获得的流场更准确。

也就是说，在目前研究的风电场选址中，首先，由于中尺度模式方程及其求解方法与CFD模式完全不同，中尺度模拟逐时输出的气象和风环境变量不完全满足CFD计算求解收敛的约束条件，容易导致CFD计算不收敛；其次，CFD计算非常耗时，而且得到的是稳态流场，没有时间变化，计算耗时至少一年，不能满足风电场选址工程设计需求。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提出一种风电场风资源非定常数值模拟方法和装置，以及计算机装置和可读存储介质，其能够满足风电场选址工程设计所需的计算时效。

本公开的第一方面提供了一种风电场风资源非定常数值模拟方法，该方法包括：

采用中尺度模式模拟选址区域的历史气象要素场，得到选址区域的历史气象要素场的中尺度数值模拟数据；

根据选址区域的历史气象要素场的中尺度数值模拟数据，获取选址区域在不同气象组合条件下的气候平均风廓线；

基于选址区域在不同气象组合条件下的气候平均风廓线作为入口条件进行流场模拟计算，得到与不同气象组合条件下对应的CFD计算流场；

采用中尺度模式模拟选址区域的观测同期气象要素场，得到选址区域的观测同期气象要素场的中尺度数值模拟数据；

根据观测同期气象要素场的中尺度数值模拟数据，获取所述观测同期内每个单位时间的气象组合条件，并基于每个单位时间的气象组合条件获取每个单位时间对应的非定常CFD计算流场。