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基于高塔观测的登陆台风边界层风切变指数拟合

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应用气象学报 2022年第2期33卷 155-166页

作者：陈申鹏端义宏李青青深圳市国家气候观象台深圳518040 中国气象科学研究院北京100081 南京信息工程大学南京210044

利用深圳气象梯度观测塔观测数据,以2017年以来进入深圳150 km范围的7个台风个例为研究对象,基于幂指数律拟合讨论台风边界层风切变指数的变化规律。结果表明:幂指数能较好地拟合台风影响下350 m高度以下风廓线,随着拟合高度范围增加,... 详细信息

利用深圳气象梯度观测塔观测数据,以2017年以来进入深圳150 km范围的7个台风个例为研究对象,基于幂指数律拟合讨论台风边界层风切变指数的变化规律。结果表明:幂指数能较好地拟合台风影响下350 m高度以下风廓线,随着拟合高度范围增加,风切变指数增大,拟合精度基本维持;用深圳气象梯度观测塔等差层数据拟合台风风速效果好于全层次数据和等比层数据拟合;7个台风影响期间拟合风切变指数平均值为0.268,明显高于以往研究(0.1~0.177),主要原因是拟合的高度范围较以往研究明显增大,此外还与强风样本较少以及下垫面更粗糙有关。利用幂函数拟合台风不同风速段最大风切变指数,可在台风过程中预估不同高度极端大风风险。研究还表明:台风眼经过铁塔前后风切变指数明显升高,在抗风设计以及台风防御过程中应充分考虑这一变化。

关键词：深圳气象梯度观测塔台风边界层风切变指数

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风切变指数对于风电机组载荷特性影响研究

太阳能学报 2018年第5期39卷 1380-1387页

作者：付德义薛扬边伟周士栋龚利策中国电力科学研究院有限公司新能源与储能运行控制国家重点实验室

分析风切变指数对风电机组机械载荷特性的影响,并以某2 MW风电机组载荷测试数据为例,对相同风速不同风切变情况下的载荷数据进行分析。研究风切变指数对风电机组极限载荷、疲劳等效载荷的影响。最后运用GH Bladed软件,对相同外部条件不... 详细信息

分析风切变指数对风电机组机械载荷特性的影响,并以某2 MW风电机组载荷测试数据为例,对相同风速不同风切变情况下的载荷数据进行分析。研究风切变指数对风电机组极限载荷、疲劳等效载荷的影响。最后运用GH Bladed软件,对相同外部条件不同风切变指数下的风电机组载荷进行仿真计算,验证风切变指数与风电机组载荷特性之间的内在相关性。测试数据与仿真结果均表明,风电机组结构部件载荷特性与风切变指数强相关,且随着风切变指数的增加,极限载荷与疲劳等效载荷也随之变大。风切变指数的增长率与极限载荷增长率、疲劳等效载荷增长率均呈现二次函数关系,且风切变指数每增加约5%,极限载荷增加约0.1%,疲劳等效载荷增加约0.5%。

关键词：风力发电结构载荷疲劳载荷测试风切变指数

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内陆复杂风电场风速垂直外推模型研究

中国电力 2024年第5期57卷 232-239页

作者：胡锐武书洲李永华乔加飞华北电力大学能源动力与机械工程学院河北保定071066 国家能源集团新能源技术研究院有限公司北京102209

陆上风能资源评估中风电机组的轮毂高度大于测风塔高度,忽略大气稳定度影响与地表粗糙度变化,风切变指数受地面地形和地貌因素的影响,且在外推到轮毂高度处时,风速难以精确预测。综合考虑了Monin Obukhov相似理论与动力学粗糙度最小二... 详细信息

陆上风能资源评估中风电机组的轮毂高度大于测风塔高度,忽略大气稳定度影响与地表粗糙度变化,风切变指数受地面地形和地貌因素的影响,且在外推到轮毂高度处时,风速难以精确预测。综合考虑了Monin Obukhov相似理论与动力学粗糙度最小二乘法计算模型,建立一种基于大气热稳定性在中性条件下的拟合方法。首先,评估了风切变指数在不同地点的空间分布和与大气稳定度变化之间的相关影响;其次,以2个不同地貌下陆上风电场的实测数据为基础,与常用的综合切变外推轮毂高度风速的计算方案相比较,结果表明:风切变指数日变化与大气稳定性日变化存在一定的相关性,新型外推风速模型计算方法能更加准确地评估目标高度风速的垂直分布变化。

关键词：风能大气稳定度风切变指数幂律公式

风切变指数对风电机组轮毂高度选取的影响分析

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太阳能 2023年第2期 74-80页

作者：岳俊谯刚李文龙汪志斌中国电建集团江西省电力建设有限公司南昌330000

随着风电技术的不断进步,以及轻量化的柔性塔筒技术的运用,使得在较低风切变指数下提升风电机组轮毂高度变得可行。风电机组轮毂高度与风切变指数基本呈正比关系,风切变指数越大,轮毂高度越高,发电量越大,相应的投资成本也显著增加。探... 详细信息

随着风电技术的不断进步,以及轻量化的柔性塔筒技术的运用,使得在较低风切变指数下提升风电机组轮毂高度变得可行。风电机组轮毂高度与风切变指数基本呈正比关系,风切变指数越大,轮毂高度越高,发电量越大,相应的投资成本也显著增加。探讨了风切变指数与风电机组轮毂高度之间的内在关系,构建了一种新的风电机组轮毂高度选取模型,综合考虑轮毂高度提升带来的发电收益增加和投资成本增加之间的关系,以财务净现值作为不同风切变指数下风电机组最佳轮毂高度选取的经济指标,探讨了不同风切变指数下最佳轮毂高度的选取结果,实现了风电场资源利用及收益的最大化。研究结果对风电场中风电机组轮毂高度的选取具有一定的参考意义。

关键词：风切变指数风电机组轮毂高度财务净现值

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风能风切变指数计算方法的比选研究

农业工程学报 2014年第16期30卷 188-194页

作者：徐宝清吴婷婷李文慧内蒙古工业大学信息工程学院呼和浩特010080 北京天润新能投资有限公司华北分公司呼和浩特010010

为了支持风电场的开发和建设,结合最小二乘法对风切变指数这一重要参数进行了分析研究。根据风切变指数关系式和最小二乘法拟合直线算法,给出5种不同的方法分别计算风切变指数;然后根据计算得出的风切变指数与幂律公式推算已知高度的风... 详细信息

为了支持风电场的开发和建设,结合最小二乘法对风切变指数这一重要参数进行了分析研究。根据风切变指数关系式和最小二乘法拟合直线算法,给出5种不同的方法分别计算风切变指数;然后根据计算得出的风切变指数与幂律公式推算已知高度的风速,再利用各自的推算结果与实测风速进行对比,分析其误差,选择较为准确的风切变指数。选用内蒙古乌兰察布市某测风塔共3个测风高度一年内完整的实测数据为例,采用上述方法计算该地区风切变指数,结果表明去除小风速后的数据利用最小二乘法拟合的计算方法和利用风廓线拟合的方法都较为准确;因此,应结合风电场的实际情况综合采用这些方法,选取误差最小的风切变指数。该研究有利于更准确地推算风机轮毂高度的风况,进而能够更加准确地估算发电量和评估风能资源。

关键词：风能应用计算风切变指数指数公式最小二乘法风速

海拔1000m以上复杂地形风能风切变指数算法比较

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农业工程学报 2015年第6期31卷 218-222页

作者：邓胜祥陈刚陈桂宝中南大学能源科学与工程学院长沙410083 可再生能源电力技术湖南省重点实验室(长沙理工大学) 长沙410083

为了准确地评估1000 m以上复杂地形的风能资源,利用PD算法、年平均风速算法、风廓线算法和全数据算法共4种计算方法和实测数据计算风切变指数,结合幂律公式推算出已知高度风速。PD算法结合了大气稳定度的划分,不同的大气稳定度会有不同... 详细信息

为了准确地评估1000 m以上复杂地形的风能资源,利用PD算法、年平均风速算法、风廓线算法和全数据算法共4种计算方法和实测数据计算风切变指数,结合幂律公式推算出已知高度风速。PD算法结合了大气稳定度的划分,不同的大气稳定度会有不同的计算结果。另外3种算法则没有考虑大气稳定度的划分,而是直接根据实测数据进行计算。将各算法推算的结果与实测风速进行对比和误差分析。数据选用的是湖南某山区测风塔的其中3个测风高度一年内完整的实测数据,立塔地点海拔高于1000 m。结果表明:海拔1000 m以上复杂地形中,利用30 m和70 m风速推算的80m月平均风速误差之和分别如下,PD算法误差是0.3075 m/s,年平均风速的算法误差是0.3145 m/s,全部数据算法误差是0.3187 m/s,风廓线拟合算法为0.3627 m/s。故结合了大气稳定度的算法即PD算法比其他3个未结合大气稳定度算法更为准确。研究结果为选出较优的风切变指数提供了参考。

关键词：风能应用计算复杂地形 PD算法风切变指数幂律公式风廓线

基于不同时间尺度风切变指数推算风资源的对比分析

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气象与环境学报 2022年第5期38卷 106-112页

作者：徐红龚强朱玲沈历都顾正强晁华王乙舒陈军庆沈阳区域气候中心辽宁沈阳110166 中国科学院沈阳应用生态研究所辽宁沈阳110016 空军93161部队辽宁沈阳110015

利用2014—2018年辽宁省探空资料分析了水平风速的垂直风廓线分布特征。用2座代表性测风塔逐时梯度风观测分析了采用不同高度组合方案计算出风切变指数的月、日变化特征,分别用月、小时、年风切变指数推算高层风速和风功率密度,并与实... 详细信息

利用2014—2018年辽宁省探空资料分析了水平风速的垂直风廓线分布特征。用2座代表性测风塔逐时梯度风观测分析了采用不同高度组合方案计算出风切变指数的月、日变化特征,分别用月、小时、年风切变指数推算高层风速和风功率密度,并与实测对比。结果表明:沈阳相较于大连地区风速随高度增加较快,180 m高度以上风速基本保持不变,而大连因其纬度低且靠近海洋,300 m以下风速均匀上升。在非复杂地形情况下,距地面10 m高度以上间隔一定高度设立4层风观测,基本可以满足近地层风资源评估需求。受太阳辐射、下垫面、海陆热力性质差异等影响,辽宁省风切变指数日变化特征比月变化更显著。利用小时风切变指数推算高层风速和风功率密度的方案优于采用月、年风切变指数方案。风切变指数日变化越显著,采用逐时风切变指数推算方案越优于其他计算方案。

关键词：风能资源近地层探空站风切变指数

基于不同风切变指数算法推算风机轮毂高度风速

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内蒙古气象 2023年第6期 14-18页

作者：胡亚男徐丽娜赵迦琪韩丽娜内蒙古自治区气象服务中心内蒙古呼和浩特010051

为了将地面10m风速推算至风机轮毂高度,使用2017—2018年内蒙古华电玫瑰营风电场10、70m高度逐小时测风数据,通过分季节、分时次、分风速段、分风向和大气稳定度等级等分类方法计算风切变指数并检验,得到如下结论:(1)风切变指数的季节... 详细信息

为了将地面10m风速推算至风机轮毂高度,使用2017—2018年内蒙古华电玫瑰营风电场10、70m高度逐小时测风数据,通过分季节、分时次、分风速段、分风向和大气稳定度等级等分类方法计算风切变指数并检验,得到如下结论:(1)风切变指数的季节变化表现为冬季>春季>秋季>夏季,具有先减后增的日变化特征,在10—16时风切变指数较小。(2)大气越不稳定、风速越大,风切变指数越小,推算效果越好。(3)在6种算法中,分时次计算风切变指数的推算效果最佳,尤其在10—18时计算值和观测值的标准化平均误差不超过10.0%;其次为分风速段算法,中风速段(3.0风速段(12.0风机轮毂高度风速时,优先考虑分时次和分风速段计算风切变指数。

关键词：风切变指数分类算法轮毂高度风速

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我国不同下垫面的近地层风切变指数研究

气象 2018年第9期44卷 1160-1168页

作者：龚玺朱蓉李泽椿南京信息工程大学南京210044 中国气象科学研究院北京100081 国家气候中心北京100081 国家气象中心北京100081

利用国家气候中心2009-2011年在内蒙古锡林浩特市、河北黄骅市、江西湖口县和星子县开展的100 m铁塔大气湍流观测试验数据,分析不同下垫面、不同稳定度条件下地面到100 m的风切变指数变化情况,得到了一些有意义的结论:(1)内陆简单地形... 详细信息

利用国家气候中心2009-2011年在内蒙古锡林浩特市、河北黄骅市、江西湖口县和星子县开展的100 m铁塔大气湍流观测试验数据,分析不同下垫面、不同稳定度条件下地面到100 m的风切变指数变化情况,得到了一些有意义的结论:(1)内陆简单地形整体风切变指数α>0.3的情况出现在稳定和非常稳定层结状态下,分层风切变指数α>0.4的频率为2.95%;(2)沿海平坦地形大气层结越稳定,整体风切变指数α的高值出现频率越高,分层风切变指数α>0.4的频率略高,为4.2%;(3)对于内陆湖复杂地形,星子地形更为复杂,大于0.3的整体风切变指数出现频率高,分层风切变指数α>0.4的频率高达10%,而湖口大于0.3的整体风切变指数值出现频率略低,分层风切变指数α>0.4的频率为3.37%。(4)按照风力发电机组设计要求中假设风切变指数α为0.2,一般会过高的估计轮毂高度的风速。

关键词：大气稳定度 Monin-Obukhov长度风切变指数