基于CFD數(shù)值模擬和本征正交分解的風(fēng)場重建.pdf

1、能源是二十一世紀(jì)人類生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，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(fēng)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(fēng)電裝機容量持續(xù)高速增長，絕對值居于世界第一位，但風(fēng)電在全國能源結(jié)構(gòu)中的占比仍然較低。這很大程度上是由于風(fēng)自身的隨機性波動性導(dǎo)致的。大規(guī)模的風(fēng)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(zhǔn)確有效的風(fēng)力發(fā)電功率預(yù)測，保證電力系統(tǒng)調(diào)

2、度部門及時調(diào)整調(diào)度計劃，從而提高風(fēng)電穿透功率極限。傳統(tǒng)的統(tǒng)計預(yù)測模型基于歷史數(shù)據(jù)，無法對罕見天氣狀態(tài)做出準(zhǔn)確預(yù)測，而物理模型由于其建模的復(fù)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(fēng)場信息進(jìn)行快速短期預(yù)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(fēng)電場風(fēng)速分布的方法，以實現(xiàn)短期風(fēng)力預(yù)測。利用CFD數(shù)值模擬，獲取風(fēng)場不同邊界條件下的風(fēng)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(fēng)場風(fēng)速分布進(jìn)行迅速重構(gòu)，實現(xiàn)對更大范圍風(fēng)場的短期預(yù)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(gòu)風(fēng)場風(fēng)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(fēng)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(jìn)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(fēng)場內(nèi)部的實時數(shù)據(jù)，可以迅速重建風(fēng)場的風(fēng)速分布。
　　為了進(jìn)一步驗證POD重建風(fēng)場的有效性，論文實驗部分介紹了風(fēng)洞實驗。實驗環(huán)境更加接近實際風(fēng)場測量環(huán)境，通過實驗數(shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)的結(jié)合對比，完成對風(fēng)場重構(gòu)方法準(zhǔn)確性和有效性進(jìn)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(fēng)場重建方法將大量的計算時間安排在了預(yù)測之前，實現(xiàn)了風(fēng)場風(fēng)速的實時重建，在更大區(qū)域范圍內(nèi)，實現(xiàn)風(fēng)