基于CFD數(shù)值模擬和本征正交分解的風場重建.pdf

1、能源是二十一世紀人類生存和發(fā)展的重要物質基礎，隨著全球經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，對電力的需求越來越高。隨著煤、石油等化石能源的不斷耗盡，風力發(fā)電逐漸成為目前最具潛力的新能源之一，并且在未來的能源系統(tǒng)中地位會不斷上升。我國風電裝機容量持續(xù)高速增長，絕對值居于世界第一位，但風電在全國能源結構中的占比仍然較低。這很大程度上是由于風自身的隨機性波動性導致的。大規(guī)模的風電并網(wǎng)會給電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行帶來沖擊，這就需要準確有效的風力發(fā)電功率預測，保證電力系統(tǒng)調

2、度部門及時調整調度計劃，從而提高風電穿透功率極限。傳統(tǒng)的統(tǒng)計預測模型基于歷史數(shù)據(jù)，無法對罕見天氣狀態(tài)做出準確預測，而物理模型由于其建模的復雜性，計算能力限制其本身的發(fā)展。因此，建立一個根據(jù)實時氣象數(shù)據(jù)對風場信息進行快速短期預測的模型是十分必要的。
　　本文提出了一種基于CFD數(shù)值模擬和本征正交分解算法的快速重建風電場風速分布的方法，以實現(xiàn)短期風力預測。利用CFD數(shù)值模擬，獲取風場不同邊界條件下的風場分布信息，通過利用本征正交分解(

3、POD)方法，基于少量的傳感器數(shù)據(jù)對大范圍的風場風速分布進行迅速重構，實現(xiàn)對更大范圍風場的短期預測。
　　論文主體包括CFD數(shù)值模擬部分和實驗部分。
　　數(shù)值模擬部分利用三維山體模型和實際地形模型驗證本征正交分解(POD)重構風場風速分布的有效性。利用CFD數(shù)值模擬方法得到模型周圍在不同邊界條件下的風速分布作為本征正交分解(POD)的原始數(shù)據(jù)組，通過本征正交分解(POD)方法對高維度原始數(shù)據(jù)進行壓縮處理，得到對原始數(shù)據(jù)最優(yōu)近

4、似描述，即低維度的POD基函數(shù)。利用POD基函數(shù)以及風場內部的實時數(shù)據(jù)，可以迅速重建風場的風速分布。
　　為了進一步驗證POD重建風場的有效性，論文實驗部分介紹了風洞實驗。實驗環(huán)境更加接近實際風場測量環(huán)境，通過實驗數(shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)的結合對比，完成對風場重構方法準確性和有效性進行驗證。
　　本文提出的基于CFD數(shù)值模擬和本征正交分解的風場重建方法將大量的計算時間安排在了預測之前，實現(xiàn)了風場風速的實時重建，在更大區(qū)域范圍內，實現(xiàn)風