風資源評估-工程應用-windfarmer操作步驟及注意事項(1)

1、Windfarmer軟件操作步驟及注意事項目錄一、目的：1二、準備資料1三、計算步驟21 wasp 導入文件:22 wasp-輸出文件：23 導入windfarmer：24 設置：2Windfarmer 應用步驟2001 前提：選型完成之后202 wasp部分3003 windfarmer部分501 以現(xiàn)場測量數(shù)據為依據8004 RIX（陡峭度指標問題）11006 損耗13007 不確定性13一、 目的：windfarmer用于簡單地形基于wasp模型同時也用于復核計算（湍流）二、準備資料1 原始風速數(shù)據windgrogher輸出。Tab文件2 邊界坐標txt-wob或者自己在windfarm

2、er里面地圖上畫3 風機點位坐標或者自己排布優(yōu)化4 功率曲線.wtg 文件wasp中建立一個風機后直接save為。Wtg格式文件5 地圖.map+roughness6 三、計算步驟1 wasp 導入文件:windgrogher導出tab文件wasp turbine editor導出風機功率曲線wtg文件cadglobalmaperwasp editor導出contours+roughness的map文件風機點位文件計算resource grid文件前要設置邊界（control+shift畫，control移動）若測風塔在風場邊界之外則計算三個資源柵格（mast高度、mast輪轂高度、輪轂高度）

3、2 wasp-輸出文件： Hub 高度的wrg文件 Mast 高度的wrg文件3 導入windfarmer： Map+roughness地圖文件 畫邊界點或者拖入wob文件 畫出禁止區(qū)域等設置 導入風場和測風塔點位的wrg文件 布機或者導入風機點位坐標 風機屬性設置功率曲線設置導入wtg文件 優(yōu)化迭代300-500次左右 4 設置： 控制面板設置Windfarmer 應用步驟001 前提：選型完成之后01 windogragher部分風速數(shù)據處理 整理成txt格式，包括風速風向標準偏差， l 風速注意：風速和風向同時刪除或者擬合為了生成tab文件注意：在生成擬合輪轂高度處tab文件前得先觀察風

4、剪切的大小，看有幾個高度，測風塔最高度離輪轂高度的距離。要是50m測風塔，輪轂90m，如果根據當?shù)氐膮^(qū)域情況，決定是否根據現(xiàn)有的風剪切直接用windogragher推上去；再者，可以在50m導出tab文件載入wasp，然后根據地形地貌直接推上去的測風塔單點的wrg文件中觀察90m高度處的平均風速與windogragher擬合上去的90m風速比較。然后仔細比較決定用哪個風速，一般情況下，建議用windogragher擬合，如果有幾個高度的實測風速。而且擬合的也比較好，在1.5-3.0之間都可以考慮。l 擬合的高度風速注意兩點：擬合高度的風速插入測風塔高度的風速的標準偏差為了后續(xù)在舊版的windf

5、armer中生成wti文件，算輪轂高度出的湍流（也可以在新版的4.2中生成wti然后修正后可以）注意插入之后，在左邊要排序，刪除空格值，有時候0太多也要處理，windfarmer中要有至少三個要求：風速、風向、標準偏差，越少越好！02 wasp部分1 地圖中要有粗糙度信息，粗糙度根據北京截圖畫完后，必須在global mapper中的望遠鏡中觀察看粗糙度設置的時候是否和等高線連在一起。如果連在一起，需要處理如下，把對應粗糙度的數(shù)據全選，選擇左下方的“編輯已選“按鈕，選擇ELEVATION 刪除！2 建立wasp工程中，在測風塔點風資源柵格先算，再算hub 風資源柵格。注意在設置區(qū)域后，點擊右鍵

6、，選擇do all calcultion 計算才可以。3 注意觀察風資源柵格后statistics中的RIX值，不能超過30%。要注意觀察不同扇區(qū)的值的大小，delta-rix也要觀察。003 windfarmer部分001 導入包含粗糙度的地圖。002 導入原始數(shù)據測風塔高度處的風速、風向、標準偏差，擬合高度處的風速和標準偏差然后生成不同高度的wti文件，（一下是舊、新的windfarmer中生成的wti文件）003 風資源柵格文件，不同高度不同資源柵格項目屬性中處理004 不同高度的湍流強度載入005 發(fā)電量中空氣密度和場址參考高度（測風塔海拔+溫度計高度）的設置006 發(fā)電量效率設置，和

7、國外報告保持一致！同時也是損失的設置目的是在以后生成的excel報告中直接用發(fā)電量（凈發(fā)電量就是計算上網電量）。可以外加在控制面板中的不確定度設置后，可以計算出P50等值007 如果風速在標準空氣密度下沒有超，而湍流超了，這時候就需要用到扇區(qū)管理扇區(qū)管理前提處理：選擇文件中的輸出輸出風流和特征湍流然后選擇項目風機：輸出txt格式后觀察不同扇區(qū)的原始湍流超了與否：格式后觀察不同扇區(qū)的原始湍流超了與否：觀察以上可以確定那個扇區(qū)的湍流超了，可以用于不同風機的扇區(qū)管理附加：扇區(qū)管理原則：間隔風機管理；盡量不要關閉主風向上的15m/s特征湍流；關閉后湍流條件符合，發(fā)電量會降低，須給項目經理說明。如果關閉

8、的扇區(qū)基本都位于主風向，而且主風向比較明顯，則需要仿真的算一算載荷是否超了。超了的話則需要更換機型。仿真的算需要提供“關于風速的估計設計等效湍流“文件。001Windpro學習發(fā)電量計算步驟：01 以現(xiàn)場測量數(shù)據為依據在氣象對象中輸入測量數(shù)據?？山邮艿妮斎霐?shù)據有四種：1） 原始數(shù)據錄入文件（一般為txt數(shù)據，包括時間序列，風速風向標準偏差等；如果只有rwd、csc、NDF等后綴格式，先用記事本打開一個文件夾。查看結果是否可讀，如果是繼續(xù)用txt格式，即ASCII格式；如果不是，則必須用記錄儀制造商提供的軟件將數(shù)據轉化為ASCII格式，例如：RWD文件來自于NRG記錄儀，數(shù)據轉換軟件可以在：ND

9、F文件來自于NOMAD記錄儀，數(shù)據轉換軟件可以再：還有一種在線數(shù)據：NCAR，分辨率為經緯度都是2.5度，時間分辨率為6h，只有風速和風向，在具體使用時候要觀察地形，海拔，坡度，粗糙度等，如果一致，可以考慮做相關，而且相關性在0.8以上比較好。但是不適合都在溫帶地區(qū)（歐洲南部以及接近赤道的區(qū)域，主要是由于熱驅動風的影響。與相對真實值偏差較大。）2）如電子表格那樣的時間序列數(shù)據，3）表格數(shù)據（風速及風向頻率）或WAsP .TAB 文件，4）Weibull 參數(shù)（或平均風速）與風向的關系（或只是初步計算用的平均風速，平均風速=0.888*A；參數(shù)k是形狀因子，通常是2左右，越高表示各個風速集中于平

10、均風速）。運行“PARK”（對于風電場）或“METEO”（對于單臺風電機組或場址分析，比如改變輪轂高度或風電機組型號）。注：數(shù)據應能代表長期風資源條件。測量必須在輪轂高度上進行或風剪切必須已知。當風電機組3.0 發(fā)電量計算模塊 簡介、模塊和步驟 1399 EMD International A/S www.emd.dk WindPRO 2.6 Jan. 08位置與測風塔的距離大于50 m 時，這種方法只能用于簡單地形（平坦，無局部障礙物或表面粗糙度變化），否則請參見第 節(jié)。02 粗糙度輸入：通過線條對象建立場址周圍5 km 范圍內的等高線；建立場址周圍約20 km 范圍內的粗糙度

11、說明。有三種方法：1）粗糙度玫瑰圖（場址數(shù)據對象-用于ATLAS計算-粗糙度導入第三個瀏覽.wpo文件），2）粗糙度線（線條對象.map制作而來），3）從區(qū)域對象輸出的粗糙度線。-藍綠色四邊形如果有局部障礙物，建立它們（障礙物對象）。），2） 從區(qū)域對象輸出的粗糙度線。（可從Shape或者AutoCAD文件中導入數(shù)據.shp或者.dxf ；也可導入Surfer與ArcGIS網絡-.grd/.asc）如果有局部障礙物，建立它們（障礙物對象）。如果一個區(qū)域含有不止一個粗糙等級，建議對該區(qū)域的粗糙等級進行簡單加權。例如，如果該區(qū)域二級粗糙度占2/4，一級粗糙度占1/4，三級粗糙度占1/4，則得到的粗

12、糙等級為：(2×2 + 1×1 + 1×3)/4 = 2。粗糙度分級必須覆蓋整個粗糙度區(qū)域（帶），就是說，寬1000 m，含10 m 高交叉障礙帶的粗糙帶應評估為二級粗糙度。經常看到這樣的區(qū)域，在障礙帶之前一直被劃為一級粗糙度，然后在障礙帶的幾米寬度上變?yōu)槿壌植诙龋谡系K帶之后又變回一級粗糙度。這是錯誤的！ “歐洲風資源地圖”建議，在從風電機組向外看時，遇到的每個粗糙帶的寬度都加倍。另一個重要原則：即使某區(qū)域的地面高度低于風電機組場址的高度，這一事實也不影響粗糙度分級。地形高度的差別已經包括在山丘模型之內。實際上，在進行地形評估時，到現(xiàn)場考察，并對粗糙等級和粗糙

13、度變化距離做出初步記錄非常重要。此外，還應該記錄局部障礙物及其尺寸。完成現(xiàn)場考察后，可以在辦公桌上用地圖和前面提到的工具確定粗糙度變化之間的確切距離以及粗糙度分級的最終設計。然而，使用WindPRO 的數(shù)字化背景地圖可以免除大量測量工作（見下面對該特性的說明）?，F(xiàn)場考察時一定要帶著地圖。它可以使您能確認地圖信息并估計局部障礙物的大小和孔隙度。附加：01對大區(qū)域或復雜區(qū)域，強烈建議使用區(qū)域對象，以避免產生可能導致WAsP 計算嚴重誤差的交叉線或不連續(xù)線等問題。02下圖中，粗糙度一致性檢查清楚標出（紅色陰影區(qū)）了因區(qū)域中央粗糙度線被賦予了錯誤粗糙度值而產生的不一致性。003 計算發(fā)電量的基礎數(shù)據要

14、估算一臺風電機組的年發(fā)電量需要兩組基礎數(shù)據：1）輪轂高度處的風速分布2）風電機組功率曲線如果多臺風電機組放在一起組成風電機組群即風電場，風向風速分布和風電機組的精確位置以及它們的Ct 曲線也必須已知。004 RIX（陡峭度指標問題）定義：為一個對象周圍陡度超過某限值的面積百分數(shù);經驗值：01通常從30%陡度起就會出現(xiàn)流動分離，這意味著WAsP 模型的假定不再適用。試驗表明，RIX 值可提供因地形陡度而產生的不確定度指標。02如果規(guī)劃場址（風電機組位置）和參考地點（測量桅桿位置）的陡度大致相同（RIX< 8%），預期計算誤差會非常小。（RIX =規(guī)劃場址RIX -參考地點RIX）。）03

15、繼而對發(fā)電量的影響：如果參考地點（測量桅桿位置）非常陡峭，比如RIX = 20，而規(guī)劃場址（風電機組位置）不太陡峭（比如RIX= 0），于是RIX = - 20%。根據上圖，風電機組位置處風速會低估30%。這會使計算發(fā)電量低約60%。如果參考地點（測量桅桿位置）不太陡峭，比如RIX = 0，而預期場址（風電機組位置）非常陡峭（比如RIX =20%），于是RIX = + 20%。根據上圖，風電機組位置處風速會高估40%。這會使計算發(fā)電量高約80%。風速約為8 m/s 時，發(fā)電量預測誤差大約為平均風速誤差的兩倍。風速為67 m/s 時，發(fā)電量預測誤差可能為平均風速誤差的三倍。風速為9 m/s 時，

16、應為1.5 倍（見下面根據典型風電機組畫出的圖）。（不懂）005 基本常識定義01等效粗糙度是在沒有障礙物的平坦地形上，使計算發(fā)電量相同時，對應的粗糙等級。如果有山地或障礙物，它可能隨主要結果所選的輪轂高度而變化；但因障礙物/山地而產生的等值粗糙度降低/提高則隨輪轂高度變化。02風電場效率是將陣列損耗占總發(fā)電量的比例考慮在內的每臺風電機組發(fā)電量的度量值。03容量系數(shù)是風電機組如果在額定容量下運行發(fā)出與計算值相同電量所需小時數(shù)占年小時數(shù)的百分比04利用率 利用的風能占葉輪掃風面積內可用總風能的百分數(shù)。對高風速地點，該數(shù)值將遠低于低風速地點。該數(shù)值并不直接表示場址的質量，但在具體場址比較不同型號風

17、電機組時可能很有用處。05年運行小時數(shù) 在給定的功率曲線和風資源數(shù)據下，風電機組每年運行的小時數(shù)。最大值為8,760 h（一年的總小時數(shù)）。該數(shù)據可用于諸如閃變等計算。06等效滿負荷小時數(shù) 如果風電機組以額定容量運行，發(fā)出計算發(fā)電量所需的小時數(shù)。006 損耗必須進行損耗估算并把它從計算結果中減去。典型損耗有：01電網損耗 （可用WindPRO 中的eGRID 模塊計算）。記住風電機組內置變壓器的損耗非常重要，因為功率曲線測量通常不減掉變壓器損耗。02可用率 通?，F(xiàn)代風電機組的可用率損失約為3%。它與制造廠家提供的擔保和服務/維護協(xié)議有很大關系。某些國家電網停運情況相當常見，因而損失可能很高。但

18、在大部分工業(yè)化國家，電網可用率通常可視為100%。03葉片老化和冰凍 這在某些地區(qū)可能是個問題，需要專門分析。04高風速滯后現(xiàn)象 如果風速高于風電機組的切出風速（每年至少一次），則風電機組恢復運行需要一段時間。發(fā)電量計算中沒有考慮這一點，需要手工減去。根據我們在丹麥的經驗，每發(fā)生一次這種情況，將損失0.3%的年發(fā)電量（這只是粗略估計）。05運行方式損失 出于不同原因，風電機組可能減出力運行，原因可能是湍流（風電機組排布太近，在某些風向下會停運），閃變（近鄰出現(xiàn)重大閃變時，持續(xù)數(shù)小時）或以減噪模式運行（如在夜間）。目前，用戶必須手工減去這些損耗。以后版本會在PARK 模塊加入新功能，處理這些損耗

19、。06最后， 在得到凈發(fā)電量之前，還需要修正由RIX（見第 節(jié) RIX 計算）或功率曲線帶來的某些偏差。007 不確定性計算發(fā)電量時，通常會存在以下不確定性（括號內數(shù)字表示良好條件下的不確定度估計值）：01風資源統(tǒng)計數(shù)據（5%）02地形說明，即粗糙度、山丘和障礙物（5%）03功率曲線（5%，如果已確認過的話，見5.2 節(jié)）04計算方法（5%，正常情況下，不太復雜的地形）估計相互獨立、互不相關的不確定性的綜合不確定度的常用方法是計算RMS 值，即：綜合不確定度= SQRT(52+52+52+52) = SQRT(100) = 10%07，最新的建議是再加上一個因風長期變化造成的5%

20、的不確定性。007 尾流損失01風電機組從風中獲取能量時，會在風電機組的下風向產生尾流。如果鄰近的風電機組處在這一尾流影響區(qū)域內，該下風風電機組的出力會低于運行于自由風的情況。出力的減少通常約為年出力的2% - 20%，它取決于風能資源分布、風電機組特性及風電場（風電機組陣列）排布。02WindPRO目前提供的可用模型都是單尾流模型，即只能描述一臺風電機組下風氣流的模型。對多臺風電機組的情況，用經驗組合原理將單尾流模型匯總為綜合結果。03組合尾流模型現(xiàn)在（2005 年）多數(shù)尾流模型仍然是單尾流模型。因此，對于有多臺風電機組的風電場，為得到可用結果，必須把這些單尾流組合為綜合效應。這可以使用不同

21、尾流模型通過純經驗方法做到。概述在試圖將多個單尾流模型綜合為一個單下風風速時，會出現(xiàn)兩個問題：1 因為很多單尾流模型的結果是風速或風速變化是非均勻分布的，所以這些結果必須平均或組合為有效（均一）風速。這是必需的，因為風電機組出力要通過可用的功率曲線來估算。2 在用單尾流確定每臺風電機組的下風風速時，單尾流結果必須加到綜合作用里面。問題1：求單尾流結果的平均值很多單尾流計算得到的結果是非均勻速度場。然而為了從測量的功率曲線計算出力，該速度場必須在風輪面積上進行平均。在WindPRO 中，使用動量變化平方法計算這一降低。該方法類似于Lange 等提出的方法1。（1）式中，u0 是自由流速；urot

22、or 是風輪處的平均速度；uw 是非均勻尾流速度（即它是輪轂方向及與輪轂距離的函數(shù)）。對尾流模型有效性的研究表明，使用線性風速組合與使用3 階指數(shù)得到的平均風速只有很小差別。式（1）中的積分可通過數(shù)值平均來實現(xiàn)。問題2：尾流綜合模型可采用不同組合來求均值。Dierf2提出了四種不同尾流組合方法：1）速度變化的平方和；2）能量平衡；3）矢量和；4）線性疊加。Djerf 認為，不應推薦用方法3）和4）。Schepers3提出了另一個方法。他首先計算上風風電機組的尾流。然后用這一尾流計算下風第二臺風電機組的軸向力系數(shù)。然后從軸向力系數(shù)計算第二臺風電機組后面的初始速度變化。WindPRO 中使用“速度

23、變化平方和”法。速度變化平方和N. O. Jensen 模型最初用于WindPRO PARK 模塊和WAsP / PARK 模塊，使用速度變化平方和計算尾流綜合作用。計算步驟簡述簡要計算步驟如下：1 從最上風位置處的風電機組（luv 風電機組）開始計算。2 直接尋找（計算）該風電機組的上風風速。3 計算該風電機組的下風風速，即所有下風風電機組位置處的風速。4 計算所有下風風電機組位置處的風速變化，即相對自由風速的變化。5 如果下風風電機組僅有部分處于尾流中，則速度變化要乘以重合面積與下風風電機組風輪面積的比。6 計算速度變化的平方。7 計算下一臺風電機組（用第一步），對速度變化平方求和。008

24、 湍流定義01湍流強度定義為風速的標準偏差u 與10 分鐘平均風速U10 之比。在考慮風電機組尾流時，通常將10 分鐘平均風速看作自由風速（即尾流之外的風速）02 對風電機組進行設計、壽命和疲勞計算時，湍流水平非常重要。湍流風的來源有以下方面：1 山地地形誘發(fā)的湍流，即氣流通過山地和丘陵。試驗數(shù)據表明，風速標準差變化很慢。Armit 1、Dyrbye 和Hansen 2認為，直到內部邊界層的一半高度，使用不變的標準差都是合理的。這一假定也用于WAsP 和多數(shù)建筑法規(guī)。所以，直接用windogragher擬合到輪轂高度處的風速外加測風高度處的標準偏差就可以當做湍流計算來實現(xiàn)2 粗糙地形導致的湍流

25、，即由區(qū)域內的對象產生的氣流。3 風電機組產生的湍流，即由風電機組的尾流引起的湍流。由尾流引起的湍流即可以從包含湍流模擬的（單）尾流模型推導，也可以從專門的（經驗）湍流模型推導。從不同模型算得的湍流用很多方法參數(shù)化，參見圖2，從渦流黏度尾流模型得到輸出。采用EV 模型可以建立渦流黏度與湍流強度之間的關系，也可以使用經驗值。此外，有些模型包含純經驗的尾流湍流。湍流模型必須與尾流模型關聯(lián)使用，以便將風電場的風速降低考慮進去。小附：湍流模型的計算結果通?？梢苑譃橐韵滤念? 附加湍流模型 用于單湍流之后的尾流計算。2 附加湍流模型 用于周圍所有風電機組的計算。3 全湍流模型 用于單湍流之后的尾流計算。

26、4 全湍流模型 用于周圍所有風電機組的計算。模型（1）和（2）給出的是尾流增加的湍流貢獻。它應該加到背景湍流水平上。第（3）類模型給出給定位置處給定尾流的總湍流強度（背景和尾流引起的湍流之和），它必須是考慮了全部上風風電機組的綜合作用結果。第（4）類模型以綜合方式給出總的湍流水平，無需再加上單個尾流。WindPRO 中使用的所有湍流模型都屬于這四類。WindPRO 的目前版本主要考慮風電機組產生的湍流。山地和粗糙地形產生的湍流僅包含在現(xiàn)場測量的氣象數(shù)據中 或通過用戶定義的湍流輸入水平考慮。附加推力系數(shù)問題：Lange 報道說，公式在Ct = 0.97 附近存在奇異點，因此建議，當Ct > 0.9 時，令Ct = 0.9。我們的風機為何在3m/s風速時候能夠大于1呢008 不同湍流模型01 丹麥導則 湍流模型包含尾流影響的湍流湍流總強度用下式計算：02湍流模型 Frandsen 和DIBt特大風電場湍流