基于CFD数值模拟数据库的风电场功率预测物理方法研究

The fluctuation and intermittent of wind energy has challenged the stable and economic operation of power grid. Wind power prediction is an effective way to solve this problem. Most of the wind power prediction researches in China were fouced on statistics method rather than physical method. Physical method must be used for the new built wind farm,which has no history data. In this project, the scientific problem is the key factors and their action mechanism analysis in building wind power prediction model with physical method. With numercial simulation and wind tunnel experiment, the action mechanism of terrain and atmospheric stability on wind power prediction will be studied with emphasis, then a new physical method for wind power prediction based on the CFD numercial simulation database will be built. The uncertainty prediction method will be studied, and finally the prediction error will be analyzed to find out its change rules and then explore improvement measures for higher prediction precision.

风能的波动性和间歇性是规模化风电给电力系统稳定与经济运行带来的新问题，风电场功率预测是必要的解决途径之一。国内已经对风电场功率预测的统计方法进行了深入研究，但对物理方法的探索还很少，而物理方法对于新建以及缺乏历史数据的风电场功率预测建模至关重要。本项目将围绕在风电场功率预测物理建模中的主要影响因素及其作用机理分析这一科学问题，采用数值模拟和风洞实验的方法，着重研究地形及大气稳定度对风电场功率预测的影响机理，建立一种基于CFD数值模拟数据库的风电场功率预测物理方法，研究基于物理方法的风电场功率区间预测方法，对各预测环节的误差进行分析，揭示预测误差的变化规律，探索提高预测精度的改进措施。

风电功率预测是减轻风电对电网的不利影响、提高风电消纳能力的一种有效途径。目前绝大多数风电场功率预测研究及系统开发都是基于统计方法，对物理方法、尤其是高效的物理预测方法探索还很少，而物理预测方法对复杂地形风电场以及缺乏历史数据的新建风电场的功率预测建模至关重要。围绕风电场功率预测物理建模中的主要影响因素及其作用机理分析这一科学问题，本项目进行了五方面研究，具体内容及结果如下：.（1）研究了地形对风电场功率预测的影响机理，获得适用不同地形的风电场功率预测关键技术，并提出了考虑虚拟测风塔和数值天气预报修正的复杂地形预测模型优化方法；（2）研究了大气稳定度对风电场功率预测的影响机理，确定了不同大气稳定度对应的CFD模拟方法；（3）建立了基于CFD数值模拟数据库的风电场功率预测物理方法，提高了传统物理预测方法的运算效率；（4）研究了物理预测的不确定性分析方法：依据地形特征和机组出力特性进行风电场机组分组，进而实现了各组风电机组实际功率曲线带的拟合方法；建立了预测风速的置信度模型，并提出了一套基于物理方法的置信度（区间）风电功率预测方法；（5）分析了湍流、尾流、数值天气预报等预测影响因素对误差的影响，提出了提高预测精度的改进措施。.通过上述研究，揭示了地形与大气稳定度对风电场功率预测的影响机理和变化规律，获得了适用于不同地形、不同大气稳定度的CFD模拟技术，为风电场功率预测物理建模及风资源评估等工作提供了理论依据；提供了一套基于预计算数据库的风电场功率物理预测方法，为开发高效、精确的物理预测系统提供了解决方案。.在该基金项目的支持下，共发表论文16篇，其中SCI检索3篇、EI检索9篇；申请发明专利4项，3项已授权。培养博士后1名，现已出站；培养博士研究生3人，现在读2人、毕业1人；培养硕士研究生5人，现在读1人、毕业4人。承办国际会议1次；参加国际学术会议4次。