不同稳定度下大气边界层模拟及实测数据验证研究

大气边界层的模拟是风电场风能资源评估的核心环节。然而,现有大气边界层模拟研究中广泛存在对实际气象因素考虑欠缺,从而导致模拟准确性不足的问题。为此,该文结合实际测风数据与开源计算流体力学软件开发了一套风电场大气边界层模拟方法。该方法通过对测风数据的分析处理,将地表粗糙度以及大气稳定度这两种关键因素纳入大气边界层的模拟之中,使其能更加贴近实际地模拟边界层内的流场状态。使用该方法在一个真实案例下进行模拟,并与测风塔实测数据进行对比以验证开发方法的可靠性。结果表明,开发方法在不同的大气稳定度下的模拟结果与实测数据吻合程度较高,相比于现有商业软件WT的计算精度有较大幅度的提升,具有一定的工程实用价值。

基于主动变桨的风电场协同控制

为提升风电场整体功率同时又不额外增加机组载荷,提出一种新型的风电场协同控制方法。在该方法中,控制变量被设置为叶片桨距角,桨距角动作带来的流场变化通过解析式尾流模型来实时模拟,各机组的最佳变桨角度则采用差分进化算法迭代优化得到。在平均风速8 m/s、湍流强度8%的动态模拟结果表明,相较于传统的单机最优控制策略,基于主动变桨的协同控制方法能将3台机组串列排布的风电场整体发电量提升10%以上,同时显著降低叶片载荷。研究结果充分说明该文提出的基于主动变桨的风电场协同控制方法具有一定的实际应用价值。

基于稳定偏航的风电场协同控制

为了令协同控制下的风力机能在实时变化的来流中安全可靠的达到提升发电量的目的,提出一种基于稳定偏航的协同控制方法。在该方法中,解析尾流模型被用来实时模拟风电场中的流场状态;差分进化算法用以优化场内机组的最佳偏航角度;将上述优化结果与机组自身的偏航控制逻辑相结合,能令机组稳定地执行最优协同控制指令。在动态风环境下的模拟表明,相较于传统的单机最优控制策略,该文提出的协同控制方法令风电场整体发电量提升4.76%。且该方法能令各机组仅需少量的主动偏航动作在实时变化的湍流风况中达成减少尾流影响的目的。研究结果说明该文提出的基于稳定偏航的风电场协同控制方法具有一定的实际应用价值。

山区公路弯道盲区会车安全提醒系统

为了解决山区公路弯道盲区会车时存在的安全隐患问题,设计了一种基于机器视觉的弯道会车交通安全辅助系统。在弯道两侧安装摄像头来检测进入弯道的车辆,在车辆检测方面,采用先进的YOLOv8进行车辆识别,并将检测到的信息传输至弯道对侧的LED显示屏上进行显示,弯道两侧的LED显示屏通过光纤进行数据的交换。此外,还利用语音播报器提供弯道对侧来车的语音信息,提醒驾驶员注意前方的对向车辆。

大气再分析资料在中国近海的风资源特征和适用性分析

基于ECMWF(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts)ERA5(Reanalysis version 5)、CFSR(Climate Forecast System Reanalysis)、MERRA2(Modern-Era Retrospective analysis for Research and Applications version 2)3种再分析数据,13个海洋观测站和3个测风塔的观测数据,研究了中国近海风资源时空特征,并讨论了3种再分析数据在中国近海风资源评估中的适用性。结果表明,再分析数据在中国东海和南海的弱风频率比渤海、黄海高,且ERA5在所有海域小于6 m/s的弱风累积概率比CFSR(MERRA2)高39.0%(44.9%)、43.6%(47.5%)、60.7%(41.6%)和47.9%(38.2%)。ERA5、CFSR和MERRA2在中国近海的有效风时空间分布相似,量级都介于84%~95%;3种再分析平均风能密度自北向南呈“低高低”空间分布,其中台湾海峡是WPD大值中心(超过4000 W/m2)。风能稳定性方面,ERA5和CFSR的日变异呈“南弱北强”特征,而MERRA2日变异系数介于1.03~4。适用性分析表明,ERA5整体性能优于CFSR和MERRA2,但MERRA2在再现渤海、南海的风能日波动,CFSR在刻画黄海的有效风时、风能密度和东海、黄海的变异系数时具有一定优势。由此说明不同再分析数据对中国近海风资源不同指标的适用性各有优劣,应根据需要及数据条件,针对不同海域采用不同类的再分析数据开展风资源评估研究及工作。

WRF模式中不同物理参数化方案组合在中国近海风能资源评估中的适用性研究

基于中尺度气象数值模式WRF(Weather Research and Forecasting),分别对我国广东、浙江、山东这3个近海典型风能资源储备区域进行了45组物理参数化方案组合连续1 M的敏感性试验,对试验中多要素的模拟结果进行综合评估,分别确定了适用于3个风能资源储备区各自排名前3的物理参数化方案组合,并对其模拟性能较优的原因进行分析。为了测试3个风能资源储备区筛选得到的物理参数化方案组合的适用性,利用不同于敏感性试验时段的模拟结果,结合海上测风塔和海洋气象站的实测数据开展进一步评估。结果表明,优选得到的物理参数化方案组合具有较好的适用性,其对近海的风速模拟性能较优,具有实际业务应用价值。

Research on fine Spatial Quantitative Model about vulnerability of hazard-affected bodies

The seriousness of losses caused by disaster dependent on the hazard degree of environment,vulnerability of hazard-affected bodies,and emergency response capacity of the region is studied in this article.The study on hazard-affected bodies is of importance to disaster risk management,regional hazard prevention,reduction,and investment in disaster insurance.With summarizing of various assessment methods of vulnerability of hazard-affected bodies,this paper presents a refined Spatial Quantification Model of regional vulnerability which combines refined spatial geographic data and land-use type data.A quantitative study on regional vulnerability was carried out by defining fine spatial grid as the basic evaluation unit based on GIS.