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模型适用性分析:探讨其局限及优化方案

时间:2023-06-28 理论教育 版权反馈
【摘要】:WAsP软件模型能够在平缓的山地条件下较为精确地进行气象预测,而实际风电场的地理环境迥异,可能超出WAsP模型推荐适用范围。因此,理解WAsP模型的适用性变得极其重要。

模型适用性分析:探讨其局限及优化方案

WAsP软件模型能够在平缓的山地条件下较为精确地进行气象预测,而实际风电场的地理环境迥异,可能超出WAsP模型推荐适用范围。因此,理解WAsP模型的适用性变得极其重要。

WAsP分析和应用过程可以理解为传递函数模型,在参考站的风速与预测站的风速间建立起联系。为了能够准确地建立这个联系,参考站和预测站之间应该满足:

1.处于同一风气

WAsP模型假设两个站点的平均风速的互相关系数是归一的,意味着参考站和预测站处于同一风气候区内,即忽略中尺度天气过程,包括海陆风和山谷的引导和堵塞效应等(详见本书第11.3节)。

2.盛行天气条件接近中性稳定

边界层大气稳定度用来表征空气上下对流混合的强弱,对风流特性的影响是重大的(详见本书第10.4节和第11.3节)。大气稳定度主要受到地表温度的影响,地表温度越高,大气越不稳定。

WAsP风流模型基于中性稳定的大气条件,适合中纬度的大部分情况。这里所指的中性稳定大气条件是年平均状态,如夏天大气不稳定,而冬天大气稳定,年均的情况则接近中性稳定。

可以通过调整热通量参数来对模型进行调整,使其适合更大的大气稳定度范围。但是,这种调整是比较困难的,在没有十足的把握认定大气稳定度偏离中性条件时,不建议进行调整。

3.周围地形平缓,确保主要为附着流

WAsP采用线性化的风流模型,假设风是附着地表流动的。因此,适合地形较为平缓,即坡度小于0.3的情况。当坡度大于0.3时,脱流现象发生的概率增加,地形的加速效应不再遵循线性规律。层流风感受到的虚拟地形坡度小于实际地形坡度(见图2-13),因此线性模型高估了地形的加速效应。

与地形相关的计算误差是非常显著的,主要受到脱流程度的影响,还与每个扇区的转换角度和地形图尺寸有关。

虽然线性模型高估了地形效应,但可以用崎岖指数进行修正。

4.参考数据可靠(www.xing528.com)

参考数据,即测风塔的实测风数据,必须是可靠的。这就要求我们必须认真对待测风工作。参考数据的可靠性主要体现在几个方面:

1)测风塔具有代表性,可以代表该区域的风气候;

2)测风塔安装规范,维护良好,文档齐备;

3)风数据的恢复率大于90%,且缺失数据较为均匀地分布在整个数据序列内;

4)测风时间至少为1整年,涵盖季节偏差。

测风塔的代表性问题将在下节讨论,而测风塔的安装及运维涉及内容较多,且非常重要,因此需要单独开辟一章(第8章)进行论述。

5.二维的障碍物模型

对于三维特征明显的障碍物(如房子),WAsP采用的线性模型将高估障碍物的遮挡效应引起的风速降低。因为三维障碍物类似地形的一部分,对风流有抬升作用,对风速有加速效应。这部分加速效应在障碍物模型没有予以考虑的。

6.模型之间的独立性假设

WAsP模型包含三个相互独立模型:障碍物遮蔽效应模型、粗糙度改变模型和地形效应模型。这三个模型假设是独立的和线性的,因此可以相加减,如式(3-1)~式(3-3)。

实际上,这三个模型不可能完全独立。比如一颗大树,既可以是粗糙度元,有时可以是障碍物。一个地形突起,既可以是地形的一部分,有时也可以看作是障碍物。由于微观气象模型极其复杂,对各种效应单独进行研究既是无奈之举,也是必要的。因此,仅在最近几年才出现了综合的模型,不过都远不成熟。

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