一種風(fēng)速預(yù)報(bào)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及風(fēng)速預(yù)報(bào)技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及一種風(fēng)速預(yù)報(bào)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 風(fēng)電場(chǎng)功率預(yù)測(cè)是緩解電力系統(tǒng)調(diào)峰、調(diào)頻壓力，提高風(fēng)電接納能力的有效手段 之一。同時(shí)，風(fēng)電功率預(yù)測(cè)還可W知道風(fēng)電場(chǎng)的檢修計(jì)劃，提高風(fēng)能利用率，提高風(fēng)電場(chǎng)的 經(jīng)濟(jì)效益。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外已出現(xiàn)的大量的研究成果表明，中尺度數(shù)值氣象預(yù)報(bào)模式（WRF， WeatherResearchand化'日。日31:;[叫Model)可[^較好的模擬風(fēng)頻、風(fēng)向的大小，且48小時(shí) 的誤差范圍較小。
[0003] 近年來(lái)，大規(guī)模開(kāi)發(fā)并已建成的風(fēng)電項(xiàng)目也多分布在我國(guó)風(fēng)資源豐富的Ξ北（西 北、東北和華北）地區(qū)和沿海一帶。從風(fēng)氣候特性來(lái)看，我國(guó)Ξ北地區(qū)和沿海一帶，特別是 東南沿海地區(qū)差異顯著。與風(fēng)資源有關(guān)的近地層風(fēng)特性差異，主要有W下幾方面：1)風(fēng)的 穩(wěn)定性差異：風(fēng)速大小的波動(dòng)和風(fēng)向穩(wěn)定性；2)空氣密度的差異：由于氣溫和空氣中水汽 含量W及氣壓的差異而造成；3)大風(fēng)的形成機(jī)制和致災(zāi)特點(diǎn)明顯不同。
[0004] 由于上述問(wèn)題的存在，增加了風(fēng)速預(yù)報(bào)的難度，如何提高風(fēng)速預(yù)測(cè)的精確性便成 了亟待解決的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】
陽(yáng)〇化]有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于，提供一種風(fēng)速預(yù)報(bào)的方法，依據(jù)預(yù)報(bào)所在地的 具體氣象情況生成該地區(qū)的風(fēng)速預(yù)報(bào)修正方案，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確預(yù)報(bào)風(fēng)速，相比于現(xiàn)有技術(shù)降低 預(yù)報(bào)誤差，提高風(fēng)速預(yù)測(cè)的精確性，為風(fēng)電場(chǎng)功率預(yù)測(cè)提供相對(duì)更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。
[0006] 所述風(fēng)速預(yù)報(bào)的方法包括，風(fēng)速預(yù)報(bào)模型建立的步驟：
[0007] A、獲取目標(biāo)區(qū)域的全球預(yù)報(bào)系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)，確定目標(biāo)區(qū)域所出現(xiàn)過(guò)的天氣類 型；
[0008] B、采用中尺度數(shù)值氣象預(yù)報(bào)模式，計(jì)算所述歷史數(shù)據(jù)，得到與步驟A對(duì)應(yīng)時(shí)間的 風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、氣壓、濕度和垂直風(fēng)速；
[0009] C、將不同天氣類型下的風(fēng)速、溫度、氣壓、濕度和垂直風(fēng)速作為風(fēng)速預(yù)報(bào)模型的輸 入端，對(duì)應(yīng)時(shí)間的實(shí)際風(fēng)速作為輸出端，對(duì)預(yù)報(bào)模型進(jìn)行訓(xùn)練；
[0010] 化及，風(fēng)速預(yù)報(bào)的步驟：
[0011] D、獲取目標(biāo)區(qū)域的全球預(yù)報(bào)系統(tǒng)的預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，判斷其天氣類型；
[0012] E、采用中尺度數(shù)值氣象預(yù)報(bào)模式，計(jì)算所述預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，得到與步驟D對(duì)應(yīng)時(shí)間的 風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、氣壓、濕度和垂直風(fēng)速；
[0013] F、將步驟E計(jì)算出的風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、氣壓、濕度和垂直風(fēng)速依照步驟D判斷的天 氣類型，帶入到該類型的風(fēng)速預(yù)報(bào)模型，W輸出風(fēng)速預(yù)報(bào)。
[0014] 由上，依據(jù)預(yù)報(bào)所在地的具體氣象情況生成該地區(qū)的風(fēng)速預(yù)報(bào)修正方案，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn) 確預(yù)報(bào)風(fēng)速，相比于現(xiàn)有技術(shù)降低預(yù)報(bào)誤差，從而為風(fēng)電場(chǎng)功率預(yù)測(cè)提供相對(duì)更加準(zhǔn)確的 數(shù)據(jù)支持。
[0015] 可選的，所述天氣類型為歸納天氣類型，包括，依據(jù)氣旋類型W及氣流方向?qū)⑻鞖?類型細(xì)分為27種類型：
[0016] 采用W下六計(jì)算式，將所述27種子類型進(jìn)行歸納，包括：平直氣流類、氣旋旋轉(zhuǎn) 類、反氣旋旋轉(zhuǎn)類、氣旋混合類、反氣旋混合類W及未定義類：
[0017] 具體通過(guò)W下算法獲得：
[0023] ξ=ξU+ξV……化）
[0024] 式中，Ρ。(η= 1，2，··· 16)表示在目標(biāo)區(qū)域劃分出的16個(gè)計(jì)算點(diǎn)的海平面氣壓值； 風(fēng)電場(chǎng)區(qū)域的中屯、點(diǎn)為Α0,Α1和Α2是與Α0在相同經(jīng)度不同締度的兩點(diǎn)，α、α1和α2分 別表示Α0、Α1、Α2Ξ個(gè)點(diǎn)的締度值；V表示地轉(zhuǎn)風(fēng)；μ和V作為中間量，分別表示地轉(zhuǎn)風(fēng)的 締向量和經(jīng)向量；ξ表示地轉(zhuǎn)滿度；ξ。是μ的經(jīng)向梯度；ξy是V的締向梯度； 陽(yáng)02引IξI<V時(shí)，歸納為平直氣流類； 陽(yáng)0%] IξI> 2V時(shí)，歸納為氣旋旋轉(zhuǎn)或反氣旋旋轉(zhuǎn)類；
[0027]V<IξI< 2V時(shí)，歸納為氣旋混合類或反氣旋混合類； 陽(yáng)02引 V< 6,并且IξI< 6時(shí)，歸納為未定義類。。
[0029] 由上，通過(guò)上述天氣類型歸納，W概括目標(biāo)區(qū)域的情況，針對(duì)氣候較單一的區(qū)域或 者時(shí)間，一方面可W保持后續(xù)風(fēng)速預(yù)報(bào)計(jì)算過(guò)程中的精度，另一方面可W減少前期預(yù)報(bào)模 型建立時(shí)的運(yùn)算量。
[0030] 可選的，所述風(fēng)速預(yù)報(bào)模型為ΒΡ神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。
[0031] 可選的，在步驟C后，還包括對(duì)風(fēng)速預(yù)報(bào)模型預(yù)報(bào)結(jié)果測(cè)試的步驟。
[0032] 可選的，所述對(duì)于風(fēng)速預(yù)報(bào)模型預(yù)報(bào)結(jié)果測(cè)試的步驟包括：
[0033] W月為單位，逐月計(jì)算該月的預(yù)報(bào)風(fēng)速與實(shí)際風(fēng)速的相關(guān)性；
[0034]
，式中α為相關(guān)性、rt為通過(guò)風(fēng)速預(yù)報(bào)模 型計(jì)算的各時(shí)間點(diǎn)的預(yù)報(bào)風(fēng)速值、?/表示其平均值、Vt為對(duì)應(yīng)時(shí)間點(diǎn)測(cè)風(fēng)塔所實(shí)測(cè)的風(fēng)速 值、巧表示其平均值、N為每日預(yù)報(bào)風(fēng)速的個(gè)數(shù)。
[0035] 可選的，所述對(duì)于風(fēng)速預(yù)報(bào)模型預(yù)報(bào)結(jié)果測(cè)試的步驟包括：W月為單位，逐月計(jì)算 該月的功率與實(shí)際功率的功率誤差；
[0036]
式中：RISE為功率誤差、W' t為通過(guò)風(fēng)速預(yù) 報(bào)模型得出的預(yù)報(bào)風(fēng)速計(jì)算出的預(yù)測(cè)功率、化為對(duì)應(yīng)時(shí)間點(diǎn)的實(shí)際功率、N為每日預(yù)報(bào)風(fēng) 速的個(gè)數(shù)、Q為裝機(jī)容量。
[0037] 可選的，風(fēng)速預(yù)報(bào)的步驟還包括：依據(jù)對(duì)于風(fēng)速預(yù)報(bào)模型預(yù)報(bào)結(jié)果測(cè)試的結(jié)果，調(diào) 整風(fēng)速預(yù)報(bào)模型的步驟。
[0038] 可選的，調(diào)整風(fēng)速預(yù)報(bào)模型的步驟包括：重復(fù)步驟A~F，各步驟中所述的天氣類 型為細(xì)分天氣類型，包括：依據(jù)氣旋類型W及氣流方向?qū)⑻鞖忸愋图?xì)分為27種類型。
[0039] 由上，針對(duì)測(cè)試結(jié)果，可W對(duì)測(cè)試結(jié)果不盡人意的區(qū)域或時(shí)間段重新采用細(xì)分天 氣類型。即保證了預(yù)測(cè)精度，又最大限度的減少了前期的計(jì)算量。
[0040] 可選的，所述天氣類型為細(xì)分天氣類型，包括，依據(jù)氣旋類型W及氣流方向?qū)⑻鞖?類型細(xì)分為27種類型。
[0041] 由上，采用27種細(xì)分天氣類型，雖然運(yùn)算量較大，但可W精確的預(yù)報(bào)出風(fēng)速。
【附圖說(shuō)明】
[0042] 圖1為風(fēng)速預(yù)報(bào)的方法的流程圖；
[0043] 圖2為福建平潭風(fēng)電場(chǎng)區(qū)域示意圖；
[0044] 圖3為風(fēng)速預(yù)報(bào)模型示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0045] 為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提供一種風(fēng)速預(yù)報(bào)的方法，可依據(jù)預(yù)報(bào)所在 地的具體氣象情況生成該地區(qū)的風(fēng)速預(yù)報(bào)修正方案，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確預(yù)報(bào)風(fēng)速，相比于現(xiàn)有技術(shù)， 降低預(yù)報(bào)誤差，從而為風(fēng)電場(chǎng)功率預(yù)測(cè)提供相對(duì)更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。
[0046] 如圖1所示，本方法包括W下步驟：
[0047] 步驟S10 :獲取目標(biāo)區(qū)域的GFS數(shù)據(jù)。
[0048] 本發(fā)明W福建平潭風(fēng)電場(chǎng)為例，進(jìn)行說(shuō)明。獲取包含2012年1月1日至2014年 7月31日每15分鐘間隔的全場(chǎng)實(shí)際風(fēng)速數(shù)據(jù)和逐日美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中屯、的全球預(yù)報(bào)系 統(tǒng)（GFS，GooieFileSysten)預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)（空間分辨率為0. 5° *0. 5°，時(shí)間分辨率為3小 時(shí)）。需要說(shuō)明的是，為了后續(xù)步驟中對(duì)不同天氣類型進(jìn)行歸類統(tǒng)計(jì)和誤差計(jì)算，取電網(wǎng)考 核的時(shí)間段，GK數(shù)據(jù)用的是UTC18時(shí)的第24~45小時(shí)，預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)是15分鐘間隔，GK數(shù) 據(jù)代表的預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)時(shí)間段如下表1所示。
[0049]

陽(yáng)化0] 表1
[0051] 步驟S20 :判斷目標(biāo)區(qū)域的天氣類型。
[0052] 圖2所示為福建平潭風(fēng)電場(chǎng)區(qū)域示意圖，如圖所示，對(duì)應(yīng)要計(jì)算的區(qū)域是15. 5~ 35. 5°N，104. 5~134. 5°E，整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)區(qū)域的中屯、點(diǎn)為ΑΟ,ΑΙ和A2是與A0在相同經(jīng)度 不同締度的兩點(diǎn)。
[0053] 利用GK數(shù)據(jù)每日每3小時(shí)海平面氣壓場(chǎng)，根據(jù)計(jì)算所選區(qū)域內(nèi)地轉(zhuǎn)風(fēng)（V)和地 轉(zhuǎn)滿度（ξ)、地轉(zhuǎn)風(fēng)的方向（μ和V)，將環(huán)流型分為氣流型、旋轉(zhuǎn)型和混合型等Ξ大類，進(jìn) 一步，再將上述Ξ大類細(xì)分為總共27個(gè)子類的天氣類型。
[0054] 對(duì)整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)區(qū)域進(jìn)行劃分，需覆蓋整個(gè)區(qū)域，各分區(qū)大小需近似，且可W體現(xiàn)出 出差異性，基于此，將該區(qū)域劃分為Ρ1~Ρ16個(gè)計(jì)算格點(diǎn)，16個(gè)計(jì)算格點(diǎn)連成等壓線，采用 W下6個(gè)計(jì)算式：
[0060] ξ=ξU+ξV......化）
[0061] 上述各式中，ρ。(η= 1，2,…16)表示要計(jì)算的16個(gè)格點(diǎn)上的海平面氣壓值；α、 〇郝〇2分別表示目標(biāo)區(qū)域中屯嘔域縱向排列的40、41、42;個(gè)點(diǎn)的締度值（40為整個(gè)區(qū) 域的中間點(diǎn)）；V表示地轉(zhuǎn)風(fēng)；μ和V作為中間量，表示地轉(zhuǎn)風(fēng)的締向量和經(jīng)向量；ξ表示 地轉(zhuǎn)滿度；ξ。是μ的經(jīng)向梯度；ξy是V的締向梯度。
[0062] 將大氣類型依據(jù)氣旋類型（氣旋和反氣旋）W及流方向（8個(gè)方向）分為27種， 具體分類情況如表2所示。例如某一區(qū)域的類型為Anticlyclone，說(shuō)明該區(qū)域?yàn)楦邏海ǚ?氣旋控制）；如為切clone,說(shuō)明該區(qū)域?yàn)榈蛪海庑刂疲蝗鐬镹型，表示該區(qū)域?yàn)槠?的地轉(zhuǎn)風(fēng)氣流控制，在此不一一寶述。
[0063] 由于我國(guó)地域迂闊，若采用上述分類將整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)區(qū)域按27類進(jìn)行劃分，無(wú)疑會(huì) 增加后續(xù)步驟的運(yùn)算量，并且，針對(duì)一些區(qū)域或者某一區(qū)域的大多數(shù)時(shí)間段天氣類型較為 單一。采用上述細(xì)分天氣類型無(wú)疑會(huì)增加許多無(wú)謂的運(yùn)算，因此，為方便統(tǒng)計(jì)計(jì)算，本發(fā)明 將27種天氣類型按一定算法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算后，歸類為W下幾類：平直氣流類（天氣類型歸 類代碼為1)、氣旋類（天氣類型歸類代碼為2)、氣旋類混合類（天氣類型歸類代碼為3)、反 氣旋類（天氣類型歸類代碼為4)W及反氣旋混合類（天氣類型歸類代碼為5)。
[0064] 具體算法為：針對(duì)上述六個(gè)計(jì)算式的計(jì)算結(jié)果，如果IξI< V，歸納為平直氣流 類； 陽(yáng)0化]如果IξI> 2V，歸納為氣旋旋轉(zhuǎn)類或反氣旋旋轉(zhuǎn)類；
[0066] 如果V<IξI< 2V，歸納為氣旋混合類或反氣旋混合類；
[0067] 如果V<6,并且IξI<6,屬于未定義類，具體歸類情況如下表2所示。
[0068]
[0070]表2 陽(yáng)071] 表2中，N表示氣流方向?yàn)楸?；肥表示氣流方向?yàn)闁|北；E表示氣流方向?yàn)闁|；SE表 示氣流方向?yàn)闁|南；S表示氣流方向?yàn)槟?；SW表示氣流方向?yàn)槲髂希籛表示氣流方向?yàn)槲?；NW表示氣流方向?yàn)槲鞅?；Anticlyclone表示反氣旋；切clone表示氣旋；CN表示在氣旋控 制下的北向氣流；CNE表示在氣旋控制下的東北向氣流；CE表示在氣旋控制下的東向氣流； CSE表示在氣旋控制下的東南向氣流；CS表示在氣旋控制下的南向氣流；CSW表示在氣旋控 制下的西南向氣流；CW表示在氣旋控制下的西向氣流；CNW表示在氣旋控制下的西北向氣 流;AN表示在反氣旋控制下的北向氣流；ANE表示在反氣旋控制下的東北向氣流;AE表示 在反氣旋控制下的東向氣流；ASE表示在反氣旋控制下的東南向氣流;AS表示在反氣旋控 制下的南向氣流；ASW表示在反氣旋控