风电场不同高度的50年一遇最大和极大风速估算呼津华王相明(新疆金风科技股份有限公司,乌鲁木齐830026)摘要风电场50年一遇最大和极大风速是决定风电机组极限载荷的关键指标,也是风电项目开发中机组选型和经济评估的关键指标之一。该文重点从气象学角度,结合我国风电项目开发的实际情况,提出5d最大10min平均风速取样法,用Ñ型极值概率分布来估算风电场不同高度50年一遇最大风速;以附近气象站长期的历年最大风速及与风电项目内测风塔同期的逐日最大风速资料,修正所得结果。再以实测到的大风速段的最大阵风系数,推算风电场不同高度50年一遇的极大风速。并利用内蒙古巴彦淖尔市乌兰伊力更风电场300MW项目1年的实测风资料及内蒙古乌拉特中旗气象站的测风资料,估算乌兰伊力更风电场内不同高度上50年一遇的最大和极大风速。关键词:风电场;最大风速;极大风速;Ñ型极值概率分布;风电机组;风资源引言我国自2003年开始风电特许权项目以来,以规模化带动产业化发展,风电行业在短短的几年时间里有了迅猛的增长,到2006年年底我国除台湾省外已开发了91个风电场,风电机组总装机容量近260@104kW。随着投资、开发和制造主体的多元化和国际化,我国风电事业的发展面临着空前的机遇,也有许多急待解决的基础理论问题。风电场不同高度50年一遇最大和极大风速的估算,就是其中的一个现实基础问题。由于发展的历史性,我国有长期资料的气象观测站点相对较少,取得资料不够统一、详细;气象站普遍距离拟开发的风电场较远,且二者的地形地貌差别较大。而风电项目建设必须考虑经济性,风电场内测风时间不能太长,又客观地要求对当地风资源做出详尽的分析和评估。根据国际风电机组设计标准[1]规定,50年一遇最大和极大风速是决定风电机组极限载荷的关键指标,也是风电项目开发中机组选型和经济评估的关键指标之一。现在我国风电项目开发中,多用5全国风能资源评价技术规定6[2]中的Ñ型极值概率分布方法,估算有长期资料的气象站10m高度50年一遇最大风速;以气象站和风电场风速的相关性,估算出风电场内不同高度50年一遇最大风速;然后以通常的统计平均阵风系数1.4,推算风电场内不同高度50年一遇的极大风速。这种方法的问题是,两地风速的相关性、风电场内不同高度风速的相关性都是随风速的增大而变化的,不能简单以年平均风速的相关系数来替代,并且在不同的地区区域内,阵风系数也随风速变化而有不同的变化。在参考国内外已经较成熟的极值估算方法的基础上[3-4],本文从气象学角度,提出5d最大10min平均风速取样法,用Ñ型极值概率分布来估算风电场不同高度的50年一遇最大风速;并以附近气象站长期的历年最大风速及与风电项目内测风塔同期的逐日最大风速资料,对结果进行修正。以实测到的大风速段内的最大阵风系数,推算风电场不同高度50年一遇的极大风速。15d最大10min平均风速取样和50年一遇最大风速估算目前在风电项目开发中,主要以10min平均风速和10min期间的3s极值风速记录实测风速;50年一遇最大风速通常指10min平均风速,50年一遇极大风速通常指3s平均风速。如何从实测的风速母体中选取适合的子样,用于估算50年一遇最大风2008-04-08收到,2008-07-16收到再改稿。第20卷1期2009年2月应用气象学报JOURNALOFAPPLIEDMETEOROLOGICALSCIENCEVol.20,No.1February2009速,是决定估算结果可信度重要一步。理论上的取样方法,一方面要能包含尽可能多的最大风速信息,另一方面要排除影响最大风速主要信息的无效或干扰样本。1.1主要的极值取样法在极值理论中,从母体风速序列中选取极值子体的方法主要有等时段法和跨阈法两种。5全国风能资源评价技术规定6中,取历年最大风速资料为样本,采用极值Ñ型概率分布,用改进的矩法估算分布函数的参数,进而估算出50年一遇的最大风速。这种方法在国际上用得较多,英、美、加、日等国的估算方法与其基本相一致[5-6],在统计学、天气学上逻辑合理,大量实践表明这是一种可信赖的方法。但常常因所能获得的样本容量太小,而影响其准确性和可靠性。在广义跨阈法[7]中,取风速大于某一极限的样本。这种取样法在机械、电子设计中,已经取得成功。但在用于最大风速估算时,风速极限阈值难以确定;各样本在时间分布上差别较大;一年内...
