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2025-09-29
风资源评估数据处理与分析
【摘要】：风资源评估是指对验证完成的数据经过各种数据处理程序的处理来评估风能资源的活动。利用数据处理和报告编制软件可以将十分钟平均数据子集转换为每小时平均的数据库，无论使用何种方法计算每小时平均值时，都必须剔除无效数据值。表3-1列出了推荐的每月数据汇总报告。对风电场而言，其值不可超过0.25。
风资源评估是指对验证完成的数据经过各种数据处理程序的处理来评估风能资源的活动。对数据集进行典型操作时，将数据的数值按照所选择的平均时间间隔分类，形成有用的数据集，从而生成所需信息的报告，如汇总表和风况参数图等。数据处理和汇总软件可以从多种来源获得，包括数据采集器的制造商以及电子表格、数据库和统计软件的销售商等。
每小时的平均值一般用于编制报告。利用数据处理和报告编制软件可以将十分钟平均数据子集转换为每小时平均的数据库，无论使用何种方法计算每小时平均值时，都必须剔除无效数据值。
基本参数组可以作为确定和描述各种有用的风特性的工具。表3-1列出了推荐的每月数据汇总报告。
表3-1 月度数据报告
1.数据验证
数据验证的目的是检查测风获得的原始数据，对其完整性和合理性进行数据检验，检验出缺测和不合理的数据，编写数据检验报告，计算测风数据的完整率，然后剔掉无效数据，替换上有效数据，经过整理得出一套至少连续一年的完整的十分钟间隔的风场测风数据。
2.数据处理
将订正后的数据处理成评估风场风资源所需的各种参数并绘制成图形，包括不同时段的平均风速和风功率密度、风速和风能的频率分布、风速和风能密度的方向分布等，除了完全可编程数据采集器，其他大部分数据采集器没有对风切变指数、湍流强度及风功率密度的内部处理功能。通过应用电子表格软件，可以很容易获得这些参数每小时和每月的平均值。以下将介绍各主要参数及其计算方法。
（1）垂直风切变指数
风切变是指水平风速随高度的变化。风切变指数α只能由各个现场确定，因为它的大小受场址特定的条件影响，1/7幂律（用于最初的场址筛选，α取0.143作为近似值）不再适用，实际的切变值发生很大的变化。下面给出计算α的公式：
式中，v2为高度z2的风速，单位为m/s；v1为高度z1的风速，单位为m/s。
估算风电机组的发电量时，需要推算出机组轮毂高度处的风速，根据风切变指数和仪表安装高度实测风速值可以推算出近地层任意高度的风速。
（2）湍流强度
风的湍流是风速、风向和垂直分量的快速扰动和不规则变化。这是非常重要的现场特征，因为高的湍流将引起风电机组输出功率下降以及部件严重超载。对于选址来说，最普通的湍流指标是风速的标准偏差（σ）。将这个值用平均风速来标准化后给出湍流强度（TI），这个值用来整体评估风电场的湍流。TI的定义为10min内标准风速偏差与平均风速的比值：
式中，σ为风速的标准偏差；V为平均风速。(https://www.chuimin.cn)
湍流强度是风电场的重要指标，它的计算、分析是风电场风资源评估的重要内容，其结果直接影响风力发电机组的选型。TI是一个湍流的相对指标，小于等于0.10时较低，0.10～0.25之间中等，大于0.25时较高。对风电场而言，其值不可超过0.25。
（3）风功率密度
风功率密度（WPD）是比风速更真实地反映风电场潜在风能资源的综合指标。风功率密度综合了风电场风速频率分布、空气密度和风速的影响。WPD（W/m2）定义为每单位风轮叶片扫掠面积可获得的风功率，公式如下：
式中，n为平均时段内的记录数目；ρ为空气密度，单位为kg/m3；v3i为第i个风速（m/s）值的三次方。
WPD公式中的空气密度必须计算。空气密度取决于温度和大气压（海拔），并随季节在10%～15%间变化。如果知道现场大气压（如作为可选择参数测量），则相应温度下的每小时空气密度值ρ（kg/m2）可以通过以下公式来计算：
式中，p为大气压，单位为Pa或N/m2；R为特定的空气常数，单位为287J/（kg·K）；T为开氏温度，其值为℃+273。
如果不知道现场大气压，空气密度可以利用海拔（z）和温度（T）的函数关系估算：
式中，p0为标准海平面大气压（101325Pa）或当地风电场调整到实际海平面的压力读数；g为重力加速度常数（9.8m/s2）；z为现场海拔（m）。
代入p0、R和g值，得
这个空气密度公式可以代入WPD公式而得出每小时平均值。
3.观测数据的分析统计
风在一年四季中的特征各不相同，因此在进行观测资料统计时应提供至少一整年的测风资料，否则会产生较大偏差。
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