国外系统概述

国外风电功率预测系统产品资料难以搜集，而国外风电场风资源评估软件影响和应用范围更广，如WAsP、WindFarmer、Meteodyn WT 和WindSim 等。虽然这些软件功能是风资源评估，但其评估原理与风功率预测的物理模型原理一致，因此了解这些软件的运作模式也有助于了解风电功率技术的发展。

4.4.1.1　丹麦WAsP系统

丹麦Riso 国家实验室研制的WAsP （Wind Atlas Analysis and Application Programs）是目前国际认可的进行风电场风能资源分析处理软件，主要用于对风能资源进行评估，正确地选择风电场场址。

WAsP 软件的主要功能如下：

（1）风观察数据的统计分析。

（2）风功率密度分布图的生成。

（3）风气候评估。

（4）风电机组年发电量计算。

（5）风电场年发电量计算。

WAsP软件有4个主要计算模块，为原始风数据分析模块、风图谱生成模块、风况估算模块、理论发电量估算模块。原始风数据分析模块分12个扇区对实测的具有时间持续性的风速和风向数据进行统计分析，得到各扇区和全年风速的风频分布的风数据统计表。风图谱生成模块以风数据统计表格为基础，除去以测风点为中心一定范围内地形、地表粗糙度和遮挡物对风的影响，得到某一标准状况下风的分布，即风图谱。风况估算模块以风图谱为基础，加上以风电机组定位点为中心一定范围内地形、地表粗糙度和遮挡物对风的影响，通过与得到的风图谱基本相反的计算步骤算出该点的总平均风速和总功率密度等风况特征。

理论发电量估算模块根据风电机组功率曲线，结合计算出的总平均风速和总平均风功率密度，计算出风电机组的理论年发电量，再把全场预定风电机组的位置、统一的轮毂高度和功率曲线都输入程序，用PARK尾流模式进行逐台风电机组和全场发电量估算。计算时将每台风电机组作为其他风电机组的障碍物，求出每台风电机组各个扇区的年发电量和影响系数。

4.4.1.2　WindFarmer软件

风电场设计和优化软件WindFarmer是由英国自然能源公司和Garrad Hassen公司联合组成的软件公司WINDOPS开发的。WindFarmer软件对PARK 模式进行了改善和补充，主要用于风电场优化设计 （即风电场微观选址），在国内外已得到广泛应用。

WindFarmer主要功能如下：

（1）对风电机组选址进行自动优化。

（2）确定风电机组尾流影响。

（3）对水平轴风电机组性能进行分析比较。

（4）确定并调整风电机组间的最小分布距离。(www.xing528.com)

（5）分析确定风电机组噪声等级。

（6）对风电场进行噪声分析及预测。

（7）排除不符合地质要求、技术要求的地段和对环境敏感的地段。

（8）完全可视化界面。

（9）进行财务分析。

（10）计算湍流强度。

（11）计算电气波动及电耗。

使用WAsP软件的部分结果数据作为输入数据，WindFarmer与WAsP软件配套使用，是进行风电场设计的重要手段。在平坦地形下，WAsP和WindFarmer软件是较好的风资源评价工具，精度较高， 能较好地反映当地的风资源状况。 但对于复杂地形，这两种软件均较难准确估算风资源状况，计算误差较大。因此可以引入具有CFD 技术的软件对复杂地形的风电场进行数值模拟，为风电场选址以及发电量计算提供更为准确的依据。目前，国内外广泛使用基于CFD 技术的风资源评估软件有Meteodyn WT 和WindSim。

4.4.1.3 Meteodyn WT 软件

Meteodyn WT 软件是由法国Meteodyn公司 （美迪公司）研究开发的基于计算流体力学（CFD）技术的风资源评估软件，该软件可以在任何地形条件下得到较为准确的风资源计算结果。WT 软件是专门为求解大气边界层问题而开发的CFD 软件，可以提高复杂地形风能资源评估的准确性。WT 软件可以根据地形、粗糙度以及设定的热稳定度自动生成网格与边界条件，在关注区域以及关注点自动进行网格加密；可以求解全部的NS方程，得到风电场场区三维空间内任一点的风流及风资源情况 （平均风速、湍流、极风、入流角、发电量、能量密度等），更好地解决复杂地形所带来的非线性问题。

Meteodyn公司对WT 软件的森林冠层模型进行优化，可以准确评估地表植被对风流造成的影响，即使是在森林分布的复杂地区，也能够准确模拟风流的变化情况；该软件采用优化的尾流模型，考虑附加湍流影响，可以更好地评估尾流损失；软件的湍流校正功能，可以考虑中尺度范围的影响，可以更准确地计算湍流强度；在软件中可以直接输入测风的时间序列数据，而可以不通过威布尔拟合，降低结果的不确定性。

通过在软件中输入地形数据（海拔、粗糙度），WT 软件可以得出定向结果 （湍流强度、风加速因数、入流角、水平偏差），根据定向结果，工程师可以选择最具有代表性的点来树立测风塔，以便获取具有代表性的风流数据，为后续评估奠定基础。通过软件的虚拟现实功能，可以进行真实区域情况与粗糙度设置的比对，发现不正确的粗糙度设置。通过WT 软件，在已知测风点处或区域极风 （3s或10min）的情况下，可以推算整个场区每一点处的极风情况，为风电机组的载荷评估奠定基础。软件对风电场场区的测风塔数量没有任何限制，可以将多个测风塔以及每个测风塔不同高度的风流数据载入软件当中进行相应的综合计算，具有真正的“多测风塔综合功能”。该软件可以生成每一台风电机组发电量的时间序列文件，方便用户进行后评估以及根据这些数据进行发电量的预测。

4.4.1.4　WindSim 软件

WindSim 是由挪威WindSim 公司开发的基于CFD 的风能分析与风电场设计软件。对于复杂地形，尤其是坡度超过16.7°，WindSim 具有较高的计算精度。

1998年，WindSim 公司与挪威气象局合作绘制了挪威风图谱。模拟挪威复杂海岸线的局部风场是一项具有挑战性的工作。为满足项目要求，在项目执行过程中开发了Wind-Sim 计算方法。随着复杂地形条件的风电场场址比例的增大，风电工业对更准确的模拟软件的需求也越来越大。众多研究表明，与风电领域的传统方法相比，CFD 技术能更真实地描述地形对风电场的影响。气流经过山脊后的加速比参数，是区别线性方法与CFD 方法的重要依据。加速比随着倾角的增大而增大，直至出现气流分离。 WindSim 提供的CFD 方法能够捕捉到这一特性。即使倾角很小，非出现气流分离。线性方法和CFD 方法预测的加速比的差别也很明显。

WindSim 通过选择风速最大而湍流小的风电机组位置来优化风电场布置，使发电量最大的同时风电机组荷载最小，以避免潜在的问题。地形模块根据地形和粗糙度数据生成风电场及其周边的三维网格。还可以模拟森林和建筑物等物理对象，以考虑它们对气流的影响。风电场模块生成数据集，这个模块通过计算加速比、风向偏移和湍流等参数来模拟地形对风电场的影响。提供多种物理模型和数值模型，这些模型在计算速度和鲁棒性等方面的性能不同。对象模块用来设定风电机组和测点的位置，具有全互动式三维界面，使用极为方便，测风数据以频率分布或时间序列的方式给出。结果模块可以方便地查看诸如风速、风向偏移、湍流强度、风速的垂直分量等特征量，可以设定要显示的高度和扇区。发电量模块用来计算风电场内每台风电机组的年发电量，也可同时计算尾流损耗，在这个模块中可以对多个备选方案进行比较。