CFD风电工程软件－风电场风能及发电量分析计算软件（WEPAS）介绍

北极星电力网技术频道作者:佚名 2008/1/21 16:35:49

关键词: 风电电量风能

CFD风电工程软件是北京木联能软件技术有限公司与中国水电工程顾问集团公司联合开发的一整套用于风电行业的软件包，其中“风电场风能及发电量分析计算软件”软件主要用于在风电场建设前期通过对历史资料、数值模拟、实测资料诊断分析，获得风电场区域内任意空间位置的风电场风资源参数，对风电场的发电量情况进行全面的分析评估。可为中国的大型风场开发进行资源评估，为大型商业化风电场可行性研究和项目建议书提供可靠的基础资料，并提高中国国内咨询设计单位进行风能资源评估和风电场评价的能力。

研发背景

受国家发改委委托，中国水电工程顾问集团公司作为全国风电场工程前期工作技术归口管理单位，负责对全国风电场工程前期工作的技术管理、监督检查和成果验收。目前，国内尚没有成熟的、完整的风电场风能及发电量分析计算软件软件系统，国外软件的分析在数据的准确性、实用性方面也存在很大的不足，从风电产业发展的角度出发，目前已不能很好的满足需要，另外，如果没有自主的风能资源评估与发电量计算软件，必将在产业发展上受制于人，故而，由中国水电工程顾问集团公司发起，联合北京木联能软件技术有限公司共同开发了自主知识产权的“风电场风能及发电量分析计算软件（WEPAS）”软件，填补了国内风能资源评估方面软件的空白。
本软件以自主研发的WINDIAM（三维风场诊断模式）为理论模型依据，与风场动力学预报模式不同，WINDIAM是由实际观测资料来构造当时的三维风场的。模式由逐时气象观测资料和地形及地表有关资料诊断出一天或多天逐时的符合大气运动连续性方程约束的三维风场，由于模式使用了较多的实际观测资料，同时模式采用的运动连续性约束的调整技术也有利于部分地反映地形对流动的作用及消除部分观测资料的不足和误差，因此，所得的诊断风场对实际情况有较好的代表性。
测风数据通过《风电场测风数据验证和评估软件（MWVE）》检验修正，完整率和可靠性高，由多塔多层实测资料来构造三维风场；同时考虑了地形、地面粗糙度的影响，反映复杂地形条件下的中尺度地形流动及时空变化规律，适用于我国地形复杂的特点；利用测风塔的多层测风信息，分别求出不同大气稳定度情况下的边界层风廓线幂指数，使塔层风廓线的经验规律更加精细化，适用于我国季风气候的特点，并且提供了数据对比检验工具。
风电场风能及发电量分析计算软件适合我国幅员辽阔、地形复杂、气候迥异的边界层特点，可以有效提高我国风电场风能资源评估水平。该软件的成功开发，增强了我国风电行业具有自主知识产权的软件的竞争力填补我国在风电场风能评估领域的软件空白，达到了国际先进水平。
另外，本软件也通过了国家发改委能源局、中国气象局、中国水电工程顾问集团公司、中国风能协会等单位多名国际和国内风电领域知名专家组织的验收。
风力发电作为优先发展的可再生能源技术，我国的风电产业正进入一个高速发展期。根据国家发改委文件《风力发电中长期发展规划》，规划2010年全国风电装机容量达到500万千瓦，到2020年，全国风电装机容量将达到3000万千瓦的发展目标，增长空间巨大。在这样的市场条件下，本软件的开发成功具有重要的意义，在风电研究、设计和建设领域推广应用前景广阔，本软件的推广可以规范风电设计市场，提高工作效率，降低风电投资的风险，社会效益和经济效益显著。

软件特点

以三维风场诊断模式(Windiam）为理论模型依据：与风场动力学预报模式不同，WINDIAM是由实际观测资料来构造当时的三维风场的。模式由逐时气象观测资料和地形及地表有关资料诊断出一天或多天逐时的符合大气运动连续性方程约束的三维风场
符合实际风场情况：由于模式使用了较多的实际观测资料，同时模式采用的运动连续性约束的调整技术也有利于部分地反映地形对流动的作用及消除部分观测资料的不足和误差，因此，所得的诊断风场对实际情况有较好的代表性。
测风数据完整率与可靠性高：测风数据通过《风电场测风数据验证和评估软件》检验修正，完整率和可靠性高。
适应于我国的地形特点：由多塔多层实测资料来构造三维风场，同时考虑了地形、地面粗糙度的影响，反映复杂地形条件下的中尺度地形流动及时空变化规律，适用于我国地形复杂的特点。
适用于我国季风气候的特点：利用测风塔的多层测风信息，分别求出不同大气稳定度情况下的边界层风廓线幂指数，使塔层风廓线的经验规律更加精细化。适用于我国季风气候的特点。
提供了数据对比检验工具
采用大气运动连续性方程约束的调整技术
能够诊断出风场逐时的风能资源数据：能够计算出风场内每时每刻以及每个点的风能资源数据。
多样的风机布置方法：提供了多种风机布置方案，用以更加准确的得到风场的发电量数据。
报告内容生成：可直接生成用户编写预可行性研究报告与可行性研究报告所需的内容，该报告的内容可以直接导出为word文件格式。

功能介绍

WEPAS根据测风塔实测数据、卫星对地观测数据，并考虑地形表面粗糙度对风的影响，由三维风场诊断模式计算风场区域内任意空间位置的风能资源情况；同时，能够根据三维风场诊断模式计算的风资源数据、风机功率曲线，并考虑尾流影响情况来计算每台风机的发电量。
WEPAS主要包含了四大部分：地形信息处理、模式分析、发电量计算以及绘图报表部分，如下图所示

软件操作流程如下图：

地形信息处理

本部分主要包括：坐标匹配设定、网格化设定、背景图设定、障碍物设定、粗糙度设定、测风塔设定，为模式计算作准备，以下分别介绍。
坐标匹配：将地理坐标与经纬度对应的坐标相匹配。
网格化设定：网格参数分为模式网格和地理网格两种，前者是针对模式计算，后者是针对地图显示。模式网格可以设置颜色，地理网格可以根据个人习惯设置颜色和相应的每一格代表的公里数目。
背景图设定：加载背景图是为了配合后面的粗糙度设置，可以载入wmf或jpg格式的图片作为背景图。
粗糙度设定：该模块的主要功能是根据实际地理情况对粗糙度进行设置。用户可根据实际情况，选择区域、设定相应粗糙度（粗糙度范围0—1，用户可自由选择），根据设定后的区域粗糙度值，计算并生成网格粗糙度值。
测风塔设定：该模块的主要功能是按照实际地理位置坐标进行测风塔的设置。可以点击按钮，添加测风塔，删除测风塔，移动测风塔，并可以编辑测风塔属性。
其主要界面如下图所示：

模式计算部分

模式计算是本软件的核心部分，主要包括：空气密度设定、测风数据导入、模式参数设定、模式计算、测风塔数据演算、测风塔数据验算，以下分别介绍。
空气密度设定：用来输入地图区域的空气密度，为模式计算作准备。
测风数据导入：可以将通过“风电场测风数据验证与评估软件(MWVE）”处理后的数据导入到本工程中相对应的测风塔中，并对应导入详细测风数据，对于导入的数据，本软件可以进行缺测检查，并显示详细的缺测信息。另外，系统也可以导入当地的气象数据，包括风数数据表、温度数据表、气压数据表，并能出气象散点图
模式参数设置：该模块的主要功能是设定并计算出模式计算所需的各参数值，包括：地图参数，高空地转风，大气稳定度，幂指数。地图参数中包含了网格信息，高空地转风及大气稳定度属于当地的气象信息，我公司可提供全球高空云量资料。
模式计算：该模块的主要功能是计算地图网格化的所有格点位置的风速、风向和设定高度的月（年）平均风速和风能密度，在进行模式计算之前可进行参数文件检测，查看模式计算参数和模式计算日志，可同时进行多塔层计算，模式计算日志会自动记录是否进行过计算以及所有的文件数量。
测风塔数据验算：该模块的主要功能是：用风资源诊断模式计算出来的风场风速来验算各测风塔各测风高度的平均风速，计算完成后，就可以在风速时间序列图中画出塔测风速和计算的风速，从而进行比较计算的准确性（效果图片请见绘图功能模块）。
主要界面如下图所示：

绘图功能

绘制各类风况图，主要包括两类图：一是通过测风塔的测风数据绘制概率分布图、时间序列图、玫瑰图等，此类图主要用来通过测风塔的测风数据查看风电场风能资源的大概情况以及确认测风数据的正确性。二是根据模式估算出的风能数据，绘制风场的年（月）平均风功率密度空间分布图、风速矢量图等，此类图主要用来查看风电场的风能资源详细分布情况，从而进行风机选址。以下是部分图形界面：

◆风速（风功率密度）概率分布图：

◆风速（风功率）空间分布图：按照风速大小，显示不同颜色，可快速分辨有效风区，便于风场选址。

◆风能玫瑰图：根据16个不同方向的风能所占的比例，绘制的扇形图。

◆风速时间序列图：此图是根据测风数据验证而出的图，可直观的看到模式计算风速与实测风速相比较的准确性。

来源：世界风力发电网

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