基于三维耦合动态参考层匹配的轮毂高度风速预报方法与流程

本技术涉及风电风速预报，特别涉及一种基于三维耦合动态参考层匹配的轮毂高度风速预报方法。

背景技术：

1、风电轮毂高度风速预报是风电场功率预判、风电资源评估的重要基础技术，数值模式输出产品被广泛用于开展轮毂高度风速推演。现有技术多直接采用固定风切变指数完成不同高度间风速换算，或是选取单一固定模式层作为参考层开展风速外推运算，风速换算参数不随大气状态变化。实际大气条件下，近地层热力、辐射、风场条件会共同改变大气湍流状态，固定参考层与固定风切变指数难以适配多变的大气湍流条件，模式层风速与轮毂高度真实风速的相关性随大气环境发生改变，固定参数外推方式容易引入系统性偏差，难以适配不同湍流工况下的轮毂高度风速推演需求，预报结果与实际工况存在明显偏离。

技术实现思路

1、本技术的目的是提供一种基于三维耦合动态参考层匹配的轮毂高度风速预报方法，旨在解决现有技术中风速外推参数静态固化的技术问题。

2、为实现上述目的，本技术提供一种基于三维耦合动态参考层匹配的轮毂高度风速预报方法，包括：

3、获取多层数值模式输出的气象输入数据，基于所述气象输入数据得到各标准层的风速及大气稳定度参数；

4、根据所述气象输入数据的分类参量以及所述大气稳定度参数进行多维度耦合分类，得到若干大气湍流状态类别；

5、针对每一所述大气湍流状态类别，结合各标准层的风速与目标高度观测风速，确定对应类别的最优参考层；

6、针对每一所述大气湍流状态类别，基于所述最优参考层与目标高度观测风速，建立对应风切变指数参数库；

7、依据待预报时刻的所述气象输入数据匹配大气湍流状态类别，调取该类别下最优参考层风速与对应风切变指数，经幂律外推输出目标高度预报风速。

8、在一些可选的实施例中，获取多层数值模式输出的气象输入数据，基于所述气象输入数据得到各标准层的风速及大气稳定度参数，包括：

9、读取多层数值模式输出的所述气象输入数据，对所述气象输入数据进行格式校验与质量筛选，输出有效所述气象输入数据；

10、解析有效所述气象输入数据，分离得到标准层气象要素数据、近地层风速以及地表向下太阳辐射通量；

11、基于所述标准层气象要素数据，提取各标准层的原始风场信息，生成各标准层的风速；

12、根据所述标准层气象要素数据内的层位高度、温度参量，进行大气稳定度参数求解，得到所述大气稳定度参数。

13、在一些可选的实施例中，根据所述气象输入数据的分类参量以及所述大气稳定度参数进行多维度耦合分类，得到若干大气湍流状态类别，包括：

14、提取所述气象输入数据内的分类参量，得到所述近地层风速与所述地表向下太阳辐射通量；

15、对所述近地层风速、所述地表向下太阳辐射通量以及所述大气稳定度参数分别进行等级划分，获得各自对应的等级标识；

16、将同一时刻对应的所述近地层风速的等级标识、所述地表向下太阳辐射通量的等级标识以及所述大气稳定度参数的等级标识进行组合，生成组合标签；

17、基于所述组合标签进行归类处理，得到若干所述大气湍流状态类别。

18、在一些可选的实施例中，对所述近地层风速、所述地表向下太阳辐射通量以及所述大气稳定度参数分别进行等级划分，获得各自对应的等级标识，包括：

19、预先配置近地层风速划分阈值、地表向下太阳辐射通量划分阈值以及大气稳定度参数划分阈值；

20、将所述近地层风速比对对应的划分阈值，赋值对应的等级标识；

21、将所述地表向下太阳辐射通量比对对应的划分阈值，赋值对应的等级标识；

22、将所述大气稳定度参数比对对应的划分阈值，赋值对应的等级标识。

23、在一些可选的实施例中，基于所述组合标签进行归类处理，得到若干所述大气湍流状态类别，包括：

24、对全部时刻生成的所述组合标签进行遍历，剔除异常组合标签；

25、对剩余的所述组合标签进行聚合归并，形成互不重叠的类别集合；

26、将每一个类别集合定义为一类所述大气湍流状态类别。

27、在一些可选的实施例中，针对每一所述大气湍流状态类别，结合各标准层的风速与目标高度观测风速，确定对应类别的最优参考层，包括：

28、筛选归属于同一所述大气湍流状态类别的样本时刻，提取对应时刻下各标准层的风速以及所述目标高度观测风速；

29、对每一标准层，基于同一所述大气湍流状态类别下的样本时刻，将各标准层的风速与所述目标高度观测风速进行相关性计算，得到各标准层对应的相关性结果；

30、对得到的所述相关性结果进行排序处理，得到相关性结果的排序序列；

31、根据所述排序序列，选定对应所述大气湍流状态类别下的最优参考层。

32、在一些可选的实施例中，对每一标准层，基于同一所述大气湍流状态类别下的样本时刻，将各标准层的风速与所述目标高度观测风速进行相关性计算，得到各标准层对应的相关性结果，包括：

33、获取同一所述大气湍流状态类别下全部样本时刻对应的各标准层的风速序列与所述目标高度观测风速序列；

34、对所述风速序列与所述目标高度观测风速序列进行样本一致性校验，剔除时间不匹配的样本；

35、基于校验完成的风速序列与所述目标高度观测风速序列，进行相关系数求解，得到对应标准层的相关性结果。

36、在一些可选的实施例中，针对每一所述大气湍流状态类别，基于所述最优参考层与目标高度观测风速，建立对应风切变指数参数库，包括：

37、选取归属于同一所述大气湍流状态类别的样本，提取所述最优参考层的风速、所述最优参考层的层位高度以及所述目标高度观测风速；

38、基于提取得到的参量进行风切变指数反算，得到该所述大气湍流状态类别下的多组风切变指数原始样本；

39、对多组所述风切变指数原始样本进行数据清洗处理，得到有效风切变指数样本；

40、基于所述有效风切变指数样本，构建该所述大气湍流状态类别对应的风切变指数参数库。

41、在一些可选的实施例中，对多组所述风切变指数原始样本进行数据清洗处理，得到有效风切变指数样本，包括：

42、读取同一所述大气湍流状态类别下全部所述风切变指数原始样本；

43、配置风切变指数的取值区间，将各所述风切变指数原始样本与所述取值区间进行比对；

44、剔除超出所述取值区间的风切变指数原始样本，保留落入所述取值区间内的样本；

45、对保留的样本进行重复样本去重处理，输出所述有效风切变指数样本。

46、在一些可选的实施例中，依据待预报时刻的所述气象输入数据匹配大气湍流状态类别，调取该类别下最优参考层风速与对应风切变指数，经幂律外推输出目标高度预报风速，包括：

47、读取待预报时刻的所述气象输入数据，解析得到待预报时刻的分类参量以及大气稳定度参数；

48、根据待预报时刻的分类参量以及所述大气稳定度参数，匹配得到对应的所述大气湍流状态类别；

49、从所述风切变指数参数库内调取该所述大气湍流状态类别对应的最优参考层风速与对应风切变指数；

50、获取所述最优参考层的层位高度以及预报目标高度；

51、基于调取的风速、风切变指数、所述最优参考层的层位高度以及预报目标高度，进行幂律外推运算，得到目标高度的预报风速。

52、本技术的上述技术方案至少具有如下有益技术效果：

53、本技术的技术方案通过采用气象输入数据得到各标准层的风速及大气稳定度参数，结合气象输入数据的分类参量与大气稳定度参数开展多维度耦合分类得到大气湍流状态类别，能够实现对不同大气湍流工况的划分，再针对各类大气湍流状态类别分别确定最优参考层并建立对应的风切变指数参数库，有利于使参考层与风切变指数和对应大气湍流状态类别相适配，后续依据待预报时刻气象输入数据匹配对应的大气湍流状态类别，调用该类别匹配的参考层风速与风切变指数进行幂律外推，能够让外推所使用的参量跟随实时大气湍流状态动态选取，有利于降低静态固定参数带来的换算偏差，提升轮毂高度风速推演的适配性。