复杂山地下测风塔缺失测风数据插补订正方法的比较分析.docx

复杂山地下测风塔缺失测风数据插补订正方法的比较分析文 | 张雪婷，陈正洪，许杨，孙朋杰依 复杂山地下测风塔缺失测风数据 插补订正方法的比较分析 文 | 张雪婷，陈正洪，许杨，孙朋杰 依据《风电场风能资源评估方法 》，测风塔测风满 一年才能进行风能资源评估，所以当测风塔数据缺测时， 必须经过插补订正才能满足国家标准。 因此在风能资源 评估过程中 ，测风数据插补订正问题受到越来越多的 关注。 在插补订正过程中，应优先考虑同塔测风数据，其次 考虑附近测风塔或自动站、气象站的测风数据等。同时， 由于环境背景不同（例如，北方地形差距小，南方地形差 距大），参证站的选择也不同，北方可选择距离被订正测 风塔较远的风塔或站点，而南方则需要进一步讨论。关于 测风塔数据插补订正方法的研究已有很多，如谢军认为对 缺测、不合理的测风数据的相关性修补，应尽量选取同一 座测风塔不同高度的测量记录进行相关性比较。薛敏、袁 春红等认为，用短期风记录估计长期风速采用 16 个方位的 风向相关效果最好。彭怀午等通过多种插补订正方法来预 测月平均风速，认为 16 个方位的风向线性回归法建立在 2 个测风塔存在较好的空间相关基础上，如果相关关系较差， 则误差较大。而徐力卫认为即便是同一测风塔且两层风向 基本一致，由于选取的计算风向不同，则其 16 个风向的相 关性都存在一定差异。除了对 16 个方位的风向线性回归法 讨论外，王远等将线性回归法分为全年及季节来分别讨论， 认为分季节线性回归法更加合理。杜艳军、李鹏等都对风 切变指数对风速推算的影响进行了研究。以上研究主要讨 论了线性回归法，物理法等插补订正方法的比较分析，但 未对比值法的效果进行分析。同时，在对参证站的选取方 法上也缺乏较为细致的选取标准。针对上述问题，本文对 缺测 2 天－ 3 天且测风不满一年（近 10 个月）的测风塔进 行插补订正，并将比值法、线性回归法分别分为 4 类，共8 类， 来比较其订正误差大小，并对处于复杂山地的测风塔参考 站的选择方案进行了探讨。 资料与方法 一、测风资料概况 本文选取湖北红安地区一测风塔（后文统称 1# 塔） 近 10 个月的测风数据进行风资源分析。此塔高 80m、海拔 242m，风速观测有 5 层，风向观测设有 2 层（表 1）。其 所在区域地表植被主要为杂草，有少量树木，但其高度均不 高。由于该区域位于两山之间（图 1），北来气流无阻挡， 其南边也较空旷，因此风速较大。 对 1#塔 2011年 07月 04 日－ 2012年 04月 30 日的 测风数据进行整理分析，统计观测期间各测风塔数据完整 率。发现其观测时段内 10m － 80m 高度风速、风向有效数 据完整均在 99% 以上。其中，2 月 22 日－ 23 日、3 月 24 日部分数据缺测。11 月 30 日仪器出现故障导致无效数据 生成。依据《风电场风能资源评估方法》（GB/T18710 － 2002），对测风塔的原始数据进行合理性检验。平均风速 及温度共出现 37 次不符合指标的情况，但其时次前后各高 度同步变化，应属于合理数据，予以保留。 选取位于孝昌、麻城地区的测风塔（后文统称 2#、3# 塔）、华河寨岗自动站、红安气象站作为参考站。2#（孝昌）、 3#（麻城）测风塔海拔分别为 611m、700m，距离 1# 塔分 别为 31km、63km 左右。2# 塔所处区域山脊地势较为平坦， 植被稀疏，主要以季节性野生杂草为主，平均高度在 20cm 左右，两边山坡上的松树较茂密；3# 塔位于蔡家寨众多山 体中靠西北部的山顶上，场区属于低山地貌。华河寨岗自动 站（后文统称 1# 自动站）高 10m，海拔高度为 224m，风 速及风向观测均设在 10m 高度，距离 1# 塔约 370m。红安 气象站（站号 57398）为国家一般气象站，始建于 1956 年 12 月，建站时位于红安县城关南门河，观测场现位于北纬 31° 17’，东经 114° 37’，拔海高度 74.3m，距 1# 塔 直线距离约 30km（表 1、图 1）。 82 风能 Wind Energy V2 = a )V1 + bn| 5]V - V g# ]Vm - Vmg?R = i = 1 （3）n n| ]V - V g2 # | ]V - V g2m mi = 1 i = 1n| VVm - n VVma = i = 1 b = V - a V （4）n2 2 m| V - n]V gi = 1nMAE = 1 | V i - V i （5）n 2 1i 1=n1 | V i - V V2 = a )V1 + b n | 5]V - V g# ]Vm - Vmg? R = i = 1 （3） n n | ]V