一种评估风向变化极端相干阵风幅值和风向变化值的方法
阅读说明：本技术 一种评估风向变化极端相干阵风幅值和风向变化值的方法 (Method for evaluating wind direction change extreme coherent gust amplitude and wind direction change value ) 是由 沈铠 章培成 王瑞良 刘为 孙勇 徐伊丽 于 2021-01-26 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种评估风向变化极端相干阵风幅值和风向变化值的方法,克服了现有技术风机载荷评估不准确导致的机组寿命减少和倒塔事故的问题,包括获取场址长期的测风数据样本、使用GAI判定函数辨识风速、风向数据,确定场址样本数据中符合要求的阵风事件、通过实测得到的样本阵风幅值拟合概率函数和理论概率之间的推算关系,得到场址方向变化的极端相干阵风的幅值和将场址阵风事件平均风速值和方向变化值进行Dir函数拟合,确定场址风向变化的极端相干阵风风向变化值四个步骤。本发明具备极大的实用性,且相对易操作,对风资源评估数据进行了更深入的挖掘,是一种符合场址五十年一遇方向变化的极端相干阵风实际情况的优选方法。(The invention discloses a method for evaluating an extreme coherent gust amplitude value and a wind direction change value of wind direction change, which solves the problems of unit service life reduction and tower collapse accidents caused by inaccurate fan load evaluation in the prior art. The method has great practicability and is relatively easy to operate, wind resource evaluation data are deeply mined, and the method is a preferred method which accords with the actual condition of the extremely coherent gust of the site with direction change in fifty years.)
技术领域
本发明涉及风资源评估领域和风力发电机组载荷评估领域，尤其是涉及一种评估风向变化极端相干阵风幅值和风向变化值的方法。
背景技术
方向变化的极端相干阵风对风力发电机组安全运行存在很大风险，在机组设计阶段载荷仿真时，该风况对应的dlc1.4工况载荷往往是所有工况中最大的载荷，尤其是对于当前盛行的柔性塔架，其仿真结果较其它工况大很多，导致塔架设计重量过大，甚至因为塔架极限载荷过大，无法满足塔架设计要求，导致柔塔项目方案通不过。因此，在风力发电机组定场址载荷计算评估时，对场址方向变化的极端相干阵风的准确把握至关重要。
在IEC61400-1：2019标准中，dlc1.4工况环境条件为方向变化的极端相干阵风，在10s内风速增加幅值Vcg＝15m/s，风向变化Dir＝720/Vhubdeg，其中风速增量Vcg＝15m/s是通过分析欧美地区多种地形情况下的风况条件后的推荐值，一般地，在地形复杂、湍流高的地区Vcg较大，而地形平坦、湍流低的地区Vcg较小。现有技术若无视场址地形情况下，将此风速增量不加修正的用于评估所有风场，则必然存在不妥，与实际环境条件会存在高低差异，从而影响风机载荷的准确评估，影响机组的寿命，甚至发生倒塔事故。
发明内容
本发明是为了克服现有技术的风机载荷评估不准确导致的机组寿命减少和倒塔事故的问题，提供一种评估风向变化极端相干阵风幅值和风向变化值的方法，以提高场址极端相干阵风评估的准确性，从而提升风力发电机组安全运行的可靠度。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种评估风向变化极端相干阵风幅值和风向变化值的方法，包括以下步骤：
S1、获取场址长期的测风数据样本；
S2、使用GAI判定函数辨识风速、风向数据，确定场址样本数据中符合要求的阵风事件；
S3、通过实测得到的样本阵风幅值拟合概率函数和理论概率之间的推算关系，得到场址方向变化的极端相干阵风的幅值；
S4、将场址阵风事件平均风速值和方向变化值进行Dir函数拟合，得到两者的对应关系，确定场址风向变化的极端相干阵风风向变化值。
作为优选，S1所述测风数据样本需要至少有一年的连续测风数据，将样本数据经过ITM数据处理方法进行编辑整理。
作为优选，所述ITM数据处理方法是基于场址不同测量时间点和不同长度的测量时间段，且累积样本测风数据总体时间至少有一年或以上，所述数据包含测风风速和方向，提取整理后，进行等时间间隔Δt的数据筛选。
作为优选，S2中所述的GAI判定函数为：
其中V(t)为实测测风风速，D(t)为实测测风风向，Δt为筛选时间间隔。
作为优选，由GAI函数值来判定场址测风样本中的阵风事件，当其大于0.99时，确定此风速变化区间为一个阵风事件。
通过阵风事件的统计，优选的，将各阵风发生的实测概率和阵风幅值进行绘图，用Gumbel函数拟合得到累积概率分布函数和概率密度函数，
再通过五十年一遇发生的理论概率值推演至样本区间内发生的五十年一遇实测概率值，从而确定阵风的幅值；
作为优选，所述S4中Dir函数拟合是基于ITM数据处理方法得到的样本实测数据，阵风事件平均风速、风向之间的内在关系，用函数拟合得到。
因此，本发明具有如下有益效果：
1.本发明是适用于场址风资源环境条件评估的实用方法，它基于测风塔长期的实测数据，方便获取，对方向变化的极端相干阵风进行针对性的深入分析，从而得到该类阵风的特征参数，对载荷仿真评估的准确性意义重大；
2.本发明能为定场址载荷评估中dlc1.4工况提供一种更为准确的风况条件，得到符合场址五十年一遇方向变化的极端相干阵风条件的阵风幅值和方向变化值，从而能对特定场址进行更准确的载荷仿真计算评估，进而有利于机组的稳定运行，从而获取更高的风电场利润回报；
3.本发明的技术方案具备极大的实用性，且相对易操作，对风资源评估数据进行了更深入的挖掘，是一种符合场址五十年一遇方向变化的极端相干阵风实际情况的优选方法。
附图说明
图1是本实施例的流程图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。
本实施例提供了一种评估风向变化极端相干阵风幅值和风向变化值的方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1、获取场址较长时间段的测风数据样本，至少需有一年的连续测风样本数据，将其中的风速和风向时序进行整理和编辑。
S2、ITM方法数据编辑，以等时间间隔的Δt＝10s进行风速和风向的差值数据筛选，重新建立风速变化量和风向变化量的时间序列；
使用GAI判定函数对上述两新序列进行判定，若其值大于0.99，则认为该时间段风速、风向变化满足此类阵风特征，属于其中一个阵风事件，记录其阵风幅值和方向变化量；
GAI判定函数为：
其中V(t)为实测测风风速，D(t)为实测测风风向，Δt为筛选时间间隔；
截取该阵风原实测数据所包含在内的十分钟时序作为一个阵风事件，进行进一步统计，得出其平均风速值和该阵风一年一遇概率测量值。
S3、绘制图形进一步分析阵风事件，绘制各阵风幅值与一年一遇测量概率值之间的关系图，用Gumbel概率密度函数进行拟合；
绘制各阵风平均风速和方向变换量之间的关系图，用Dir函数进行拟合。
S4：根据五十年一遇的理论概率值，结合样本总体时间和五十年时间比值，可推算Gumbel概率密度函数中的五十年一遇测量概率值，据此可得场址五十年一遇方向变化的极端相干阵风幅值；
由Dir拟合函数可以得到任意风速下对应的风向变化值。
Dir函数拟合是基于ITM数据处理方法得到的样本实测数据，阵风事件平均风速、风向之间的内在关系，用函数拟合得到。
本发明是适用于场址风资源环境条件评估的实用方法，它基于测风塔长期的实测数据，方便获取，对方向变化的极端相干阵风进行针对性的深入分析，从而得到该类阵风的特征参数，对载荷仿真评估的准确性意义重大；本发明能为定场址载荷评估中dlc1.4工况提供一种更为准确的风况条件，得到符合场址五十年一遇方向变化的极端相干阵风条件的阵风幅值和方向变化值，从而能对特定场址进行更准确的载荷仿真计算评估。进而有利于机组的稳定运行，从而获取更高的风电场利润回报；本发明的技术方案具备极大的实用性，且相对易操作，对风资源评估数据进行了更深入的挖掘，是一种符合场址五十年一遇方向变化的极端相干阵风实际情况的优选方法。
上述实施例对本发明的具体描述，只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限定，本领域的技术工程师根据上述发明的内容对本发明作出一些非本质的改进和调整均落入本发明的保护范围内。