基于D3AR的半球共形阵低空风切变风速估计方法

针对半球共形阵体制下进行低空风切变检测时会受到强地杂波信号的干扰,导致风切变信号难以检测的问题,提出了一种基于空时自回归的直接数据域算法(Space-Time Autoregressive Direct Data Domain,D3AR)的低空风切变风速估计方法。该方法首先将待检测距离单元的数据从空域、时域以及空时域进行信号对消处理;然后将处理后的数据矩阵描述为空时自回归(Autoregression,AR)模型并估计模型参数;再通过构造与杂波子空间正交的空间来实现对杂波的抑制,最后通过提取待检测单元的最大多普勒频率来估计风场速度。根据仿真结果显示,该方法有效地实现了地杂波抑制,并且能够精确估计风速。

基于矩阵信息几何样本筛选下局域联合处理的低空风切变风速估计方法

针对非均匀杂波环境下,机载气象雷达低空风切变风速估计不准确的问题,本文提出了一种基于矩阵信息几何样本筛选下局域联合处理(Joint Domain Localized,JDL)的低空风切变风速估计方法。该方法首先提取雷达回波信号的特征信息建模为矩阵流形,然后通过选取几何度量方式估计几何均值矩阵,利用广义内积法(Generalized Inner Product,GIP)计算几何均值矩阵与各样本间相似度,并从训练样本中筛选样本相似度较高的训练样本估计待检测单元的杂波协方差矩阵,最后利用JDL方法构造降维变换矩阵,对杂波协方差矩阵进行降维处理,并构造降维处理器对非均匀杂波进行抑制,从而实现低空风切变风速估计。

大气稳定度对边界层垂直风切变的影响

大气边界层垂直风切变是高层建筑、航空和风能利用等领域影响安全的重要因素,对大气垂直分布的研究具有重要实际价值。选用位于河北张家口地区的激光雷达测试场地的140 m测风塔数据,通过测风塔和激光雷达的同期外场测量,验证激光雷达与测风塔对垂直风切变的测量精度,研究大气稳定度对于垂直风切变的影响。结果表明:1)大气稳定度对风切变影响显著,风速切变、风向切变与大气稳定度的相关系数分别为0.48和0.54;2)风速切变随位温梯度的增加而增加,当位温梯度达到0.08 K·m^(-1)后,风速切变保持在0.35~0.40;3)位温梯度大于0时,风向随高度增加顺时偏转;位温梯度小于0时,风向随高度增加逆时针偏转;中性大气风向的垂直分布较为一致。通过测风塔和激光雷达的垂直观测建立了风速切变、风向切变与大气稳定度的关系模型,对风场垂直分布相关的研究与应用具有较好的参考价值。

台风结构与强度以及环境场对西北太平洋台风尺度估计的影响研究

台风风场径向廓线模型对台风灾害的评估以及台风尺度的研究具有重要的价值.利用西北太平洋2001-2020年的台风最佳路径观测数据,评估了目前国际上应用比较广泛的六个分别基于经验参数和物理过程的台风风场径向廓线模型对台风尺度(台风大风半径,R17)的估计精度,并探讨了台风结构、强度等内部因素以及垂直风切变和移动速度等环境因子对模型精度的影响.评估发现,所有模型均高估了R17较小的台风而低估了R17较大的台风,且R17越小,高估越明显,R17越大,低估越严重.总体而言,Willoughby et al发展的基于参数的模型具有最小的估计偏差且与观测记录之间最高的相关性.研究还发现,台风内核尺度(最大风速半径,RMW)和强度(最大地面风速,V_(max))对不同模型的影响具有显著的差异性.此外,在高环境风切变和高移速条件下,模型的估计偏差的量级会显著增加.以上研究为进一步完善适用于不同环境条件下,不同结构与强度台风的风场模型提供参考.

基于Windcube V2激光雷达测量的风能资源评估

随着风电机组日趋大型化,传统测风塔高度受到限制,不能满足风资源评估要求。本次采用Windcube V2激光雷达测量设备对吉林某项目进行测量,对比了场内各个测量的风资源参数。测量结果如下:①0752号和1F1A号测量点风速最高,随着高度的增加,受到项目西侧风电场的影响减少,各个测量点风速差值逐渐降低;②各点位70m高度以上平均风切变值为0.2426,风切变指数较大,项目可以采用高轮毂的风电机组。

陆/海风电场群对局地湍流和风切变影响差异初步分析

风电场存在着明显的局地气候效应,但陆/海两种不同类型风电场是否存在局地风环境效应的明显差异?以河北尚义陆地风电场和江苏如东海上风电场为例,利用风电场周边气象站及测风塔典型年份观测资料,开展了陆/海风电场对湍流强度(TI)和风切变指数(WSE)的影响差异初步分析研究。研究结果表明:陆/海风电场对TI和WSE会产生显著影响;其中,陆/海风电场对TI均为增强效应,建设后年均TI分别增加31%和37%,最大增幅分别发生在春季(47%)和冬季(49%);影响差异主要为陆地风电场TI增幅在高层明显大于低层,夜间大于白天,而海上风电场不同高度TI增幅及日变化则较为平稳;陆/海风电场对WSE影响差异显著,陆地风电场建设后WSE白天增加、夜晚降低,日变化明显减小,年均降低8%,最大降幅发生在秋季(12%);海上风电场建设后WSE白天、夜晚均明显增加,年均增加24%,最大增幅发生在春季(37%)。

数据缺失情况下基于M⁃SPICE的低空风切变风速估计方法

针对机载气象雷达回波数据缺失的情况下,低空风切变风速估计失准这一问题,本文提出了一种基于缺失数据稀疏迭代协方差估计(Missing Sparse Iterative Covariance-based Estimation,M-SPICE)的低空风切变风速估计方法。该方法首先构造数据缺失模型,然后根据协方差拟合准则计算估计算子,并不断迭代更新得到最终所需的估计算子,进而恢复得到缺失的风切变数据,最后将恢复得到的数据重构得到完整的风切变数据,实现对风场速度的准确估计。仿真结果表明,该方法能够有效实现缺失数据的重建并精确地估计风速。

基于弯剪梁模型和Von Karman风速谱的高层建筑风振系数实用算法

为使风振系数计算中采用的振型函数更符合高层建筑振型特点且易于计算,采用基于弯剪梁模型的高层建筑基本振型简化算式,同时采用Von Karman与高度有关的风速谱模型和Davenport与频率有关的空间相关性模型,建立高层建筑风振系数计算的实用算式,并通过算例与我国现行荷载规范中的风振系数算式进行比较。结果表明,该方法考虑了不同高层建筑振型的特点,既提高了计算精度,简单实用,又便于与国际主流荷载规范接轨。

风荷载对于剪力墙结构性能影响的研究

针对剪力墙建筑的结构稳定性,本文主要研究风速荷载对其性能的影响。研究探讨了风速荷载的作用机制,并综合讨论了剪力墙参数,主要包括剪力墙高宽比、洞口率等对其抗风荷载能力的影响,利用有限元法对剪力墙结构进行计算,讨论了风速荷载对于住宅建筑墙肢的应力作用。设计对比了基本剪力墙结构、位置优化结构和结构长度优化方案的结构性能,仿真结果证明,三种方案均能满足建筑规范的要求,但降低剪力墙结构中部长度的方案,相对其他方案来说,柔性更好,层间位移角更大,被认为是三种结构的最优结构。

弱垂直风切变条件下一次飑线大风的特征分析

利用宣城市7个国家观测站及266个区域观测站观测数据、NCEP再分析、探空资料、风云卫星及宣城S波段多普勒雷达观测资料,分析2022年7月26日飑线过程。结果表明:1)该过程飑线系统发生在500 hPa高空槽附近,位于副高边缘,过程发生前宣城地区处于槽前及槽线附近,正涡度平流增强,之后高空槽过境,转为西北气流,干冷空气注入触发不稳定能量释放。2)探空资料显示飑线发展时段,层结为上干下湿,近地层有浅薄的逆温层,有利于能量的储存和触发,订正后超过4000 J/kg的对流有效位能和35℃以上的K指数说明能量条件非常好,而0~6 km垂直风切变只有14 m/s左右,说明此次过程是在强不稳定能量和弱切变环境下触发产生的。飑线后侧入流急流的动量下传及干冷空气的卷入促进了蒸发作用,从而形成强烈的下沉气流,促使冷池快速移动并引起地面大风。3)区域性10级雷暴大风的雷达特征明显:飑线过境前的弓形回波,中心强度55~60 dBZ,飑线前先后出现两条阵风锋快速移动,并在宣城站附近相遇触发对流再次加强。低层径向速度出现模糊,形成大片径向速度大值区。4)中层明显的径向辐合和风暴顶的强辐散都对地面大风有指示意义。

基于不同风切变指数算法推算风机轮毂高度风速

为了将地面10m风速推算至风机轮毂高度,使用2017—2018年内蒙古华电玫瑰营风电场10、70m高度逐小时测风数据,通过分季节、分时次、分风速段、分风向和大气稳定度等级等分类方法计算风切变指数并检验,得到如下结论:(1)风切变指数的季节变化表现为冬季>春季>秋季>夏季,具有先减后增的日变化特征,在10—16时风切变指数较小。(2)大气越不稳定、风速越大,风切变指数越小,推算效果越好。(3)在6种算法中,分时次计算风切变指数的推算效果最佳,尤其在10—18时计算值和观测值的标准化平均误差不超过10.0%;其次为分风速段算法,中风速段(3.0<V_(10)≤12.0 m·s^(-1))和大风速段(12.0<V_(10)≤25.0 m·s^(-1))推算效果较好,标准化平均误差分别为11.3%和3.6%。建议推算风机轮毂高度风速时,优先考虑分时次和分风速段计算风切变指数。

风力机风轮设计中风速的处理

风力发电是风能利用的最好形式.随着单机容量的不断增大,风力机的整体尺寸也越来越大,包括塔架高度.一般情况下,无穷远来流风速随高度的增加而逐渐增大.所以在设计大功率水平轴风力机风轮时,风轮设计者是否要考虑无穷远来流风速在铅垂高度等于直径的范围内的速度梯度将是一个值得注意的问题.为准确计算风轮的气动特性,就必须针对这一速度变化范围用合理的方法给定设计风速.分析并证明了用风轮中心处的速度作为设计风速是相当合理的.

基于风速估计和风剪切的风力发电机组变桨距控制

为提高大型风力发电机组捕获风能的能力,改善其主要零部件受荷载情况,提出基于有效风速估计和风剪切的风力发电机组独立变桨距控制策略。以某5 MW变速变桨风力发电机组为验证对象,基于Bladed软件平台对传统统一变桨控制策略和独立变桨控制策略进行仿真比较。结果表明:相对于统一变桨距控制策略,独立变桨距控制策略不但能满足维持风力发电机组输出功率额定值稳定的要求,而且使发电机组主要零部件的受荷载情况得到明显改善。

风场风速特性的研究

针对风力发电机空气动力学和结构分析的要求,建立了普通风场的数学模型。在考虑风剪和上游风力机尾流对风速影响的基础上,进行修正风速模型。并运用simulink对某一风场的风力发电机输出功率进行仿真分析。

基于等效风速的风机功率波动特性分析

自然界的风随机性强,风速和风向变化频繁。风机在实际运行中,经常因风的变化和控制策略问题引起风机频繁偏航、振动超限、故障停机等一系列工程问题。通过建立包含风剪切、塔影效应及偏航误差的等效风速模型,采用Matlab进行仿真分析,与风场实际运行数据进行对比,研究风机在等效风速下功率波动特性。结果表明,等效风速各分量对机组功率特性影响差异明显。可据此进行相关控制策略的优化设计以提高风机运行稳定性和风能利用率。

西北太平洋热带气旋强度与环境气流切变关系的气候分析

采用NCEP/NCAR再分析资料和JTWC(美国关岛联合台风警报中心)资料,对1974~2004年5~10月西北太平洋热带气旋(TC)强度和环境风垂直切变进行了趋势特征、振荡周期和空间结构分析。结果表明:西北太平洋热带风暴强度以上TC的最大风速和环境风垂直切变在时间上有相反的变化趋势,弱的环境风垂直切变有利于TC强度的增大;前12 h的环境风垂直切变对TC强度的发展影响最大。环境风垂直切变在西北太平洋TC最强的年份表现为环境风切变值小,TC发生密集;最弱的年份表现为环境风切变值大,TC发生稀疏。

考虑风切和塔影效应的风力机风速模型

首先利用流体力学理论和指数(赫尔曼乘幂)公式推导并建立了三桨叶风力机扫风平面内含塔影效应及风剪切的风速模型,然后对此模型进行了化简,并对模型中各个参数的选择及模型的使用范围做出了解释,最后用Matlab软件对所建立的风速模型进行了对比和分析。该模型考虑了塔架半径、悬垂距离、叶片半径、轮毂高度、轮毂处风速、风剪切系数等因素。结果表明塔影效应相比风剪切对不均匀风速场的贡献更大。该模型简洁有效,适用于电力系统中时域的风力机仿真,为风力机扭矩、风力机控制、风力机载荷等相关研究打下基础。

基于压缩感知的低空风切变风速估计方法

在机载气象雷达的低空风切变检测流程中,风速估计精度是影响风切变检测效果的重要因素。针对脉冲数较少且信噪比较低时风速估计精度变差的问题,该文提出一种基于压缩感知的低空风切变风速估计方法。该方法根据雷达回波信号的稀疏性,利用多普勒矢量构建一个冗余字典以实现信号的稀疏表示,采用观测矩阵对信号进行压缩处理,并通过信号重构算法恢复该稀疏信号,实现风速的精确估计。仿真实验表明:当脉冲数较少且信噪比较低时,该方法能够在获得精确风速估计的同时使得频谱分辨率大大提高,即能够很好地区分在频域间隔很近的风切变与地杂波信号。

基于风剪切和塔影效应的风力机风速动态建模

在对三桨叶上风向水平轴风力机的风剪切和塔影效应深入分析的基础上,得到了整个风轮扫掠面上的风速动态模型。并考虑了轮毂高度、轮毂风速、风剪切系数、叶片半径、塔架半径、悬垂距离等参数对计算模型的影响,对一台2MW风力机进行了计算和对比分析,为深入研究风力机的独立变桨、功率控制、疲劳、动力稳定性等奠定了基础。

上海近海海上最大风速的估算及数值模拟

基于上海近海测风塔测风数据和上海气象站历史风速资料,利用数理统计分析方法和TAPM模式模拟技术开展上海近海不同重现期最大风速的估算、数值模拟与测风塔观测的最大风速的对比验证以及上海近海最大风速的高度变化和空间分布特征研究。结果表明,上海近海10 m高度50 a和100 a一遇的最大风速分别为35.1和37.7 m/s,TAPM模式能较好地模拟出台风大风影响时近海风速的变化特征,在近海10~100 m层间风切变指数取0.08是适宜的,上海最大风速基本呈从东到西递减的分布,在沿海和长江口的海(江)岸带风速变化梯度最大。