风场原始数据检验中异常数据的处理
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收稿日期:2007204218作者简介:孔新红(1979～)女,助理工程师,主要从事风能资源评价工作。
风场原始数据检验中异常数据的处理孔新红(江西省气象科学研究所,江西南昌 330046)摘 要: 在对风场测风原始数据进行检验时,发现国家标准《风电场风能资源评估方法》(G B/T 18710-2002)推荐的参数范围判断方法存在一定的问题,有部分异常数据不能单独使用参数范围判断方法来判断其合理性,本文以江西几个风场原始测风数据的检验过程为例,介绍一种处理异常数据的方法供大家参考。
关键词: 风场;原始数据;检验;异常中图分类号: TK 81 文献标识码: B 文章编号: 100527676(2007)022*******The Disposal of the Abnormal Data Appeared in V erifying theR a w Data of Wind SiteK ONG X in 2hong(Meteorological Science Institute of Jiangxi Province ,Nanchang 330046)Abstract : There was s ome problems in verifying the raw data of wind site with the method that the national standard 《methodology of wind energy res ource assessment for wind farm 》recommended.S ome abnormal data could not be judged by the method.This article introduced one method which deal with the abnormal data through verifying the raw data of s ome wind sites in Jiang X i.K ey w ords : wind site ;the raw data ;verify ;abnormal 在化石能源日趋紧张的今天,风能作为可再生的清洁能源,越来越受到各国政府的重视,开发风力发电也成为当务之急[1]。
目前各地政府均在树立观测铁塔测风以探明当地的风资源储量,而对于铁塔测风获得的大量原始数据,国家标准《风电场风能资源评估方法》(G B/T 18710-2002)规定必须经检验后才能使用[2～4],并且提供了参数范围判断方法所需的参数合理范围值。
在利用国家标准《风电场风能资源评估方法》(以下简称国标)推荐的主要参数合理范围对测风原始数据进行检验时,往往会遇到数据在国标推荐的合理范围内但不一定合理或者数据不在国标推荐的合理范围内却合理的现象,本文就对风场测风原始数据合理性检验过程中遇到的上述异常情况进行详述并介绍一种处理方法供大家参考。
1 国标推荐的参数合理范围参考值国标推荐的主要参数合理范围参考值见表1,测风原始数据中主要参数有平均风速、风向、海平面气压等9项,根据国标这些参数值若在表1中的合理范围内,则说明该原始数据是合理的,若不在就是不合理的数据。
但实际上有些数据在国标的合理范围内经检验却是无效的,而有些超出了国标的合理范围却是有效的,因此把这些数据归为异常数据。
2 异常数据处理方法211 在国标参考值范围内的异常数据根据国标,测风原始数据各参数若满足表1中的合理范围要求则说明数据合理,但笔者在检验长岭风场1#塔的测风数据时发现,2月5日的小时平均风・41・ 江西能源 2007(2) 研究探讨 速数据虽然都在表1中的0～40m/s内,但比较可疑,数据列于表2中,并作各高度层的风速曲线图,见图1。
由图可见,70m高度层14:00～23:00风速为一条直线,50m高度层14:00～19:00风速也没有任何变化,查看原始数据发现这两个时段两个高度层的风速标准偏差均为零。
表1 参数合理范围参考值一览表分析项目主要参数合理范围参数的合理范围平均风速0≤小时平均值<40m/s 风向0≤小时平均值<360°海平面气压94kPa<小时平均值<106kPa参数的合理相关性50m/30m高度小时平均风速差值<2.0m/s 50m/10m高度小时平均风速差值<4.0m/s 50m/30m高度风向差值<22.5°参数的合理变化趋势1小时平均风速变化<6.0m/s 1小时平均温度变化<5.0℃3小时平均气压变化<1kPa 表2 1#测风塔各高度层风速(m/s)和风速标准偏差原始数据时间70m风速风速标准偏差50m风速风速标准偏差25m风速风速标准偏差0010.20.510.40.510.50.5 018.70.58.80.59.20.5 028.40.48.60.58.80.5 038.30.78.40.78.60.8 047.10.47.50.47.80.405 4.30.3 4.60.3 4.80.306 5.20.3 5.40.3 5.70.3 0750.3 5.10.3 5.20.308 4.70.3 4.90.3 5.10.309 5.50.3 5.70.3 5.90.310 5.70.3 5.80.3 5.90.411 4.60.3 4.90.3 5.30.412 4.40.250.2 5.80.3 1330.2 3.60.3 4.90.4 140.400.50 1.30.3 150.400.5040.3 160.400.50 3.20.4 170.400.50 3.30.5 180.400.50 2.80.3 190.400.50 2.70.7 200.40 2.60.7 2.80.7 210.40 3.70.3 4.10.3 220.40 3.60.5 3.90.4 230.400.500.40 00 2.20.3 2.20.2 2.40.2 由风速标准偏差(σ)计算公式(如下式1),σ为零则要求10min内每一秒的风速均与10min的平均风速相同[5]。
根据表2数据,2月5日这天1#塔70m 高度层、50m高度层的风速则分别要求9h和5h内每一秒的平均风速均与相对应的10min平均风速相同。
而一般来说暴露在自然界的风速传感器不可能在几个小时内完全静止不动,况且1#塔25m高度层的风速均在不断的变化中,且因而我们推断是风速传感器暂时出了故障,所以该时段记录的70m层、50m 层风速数据不合理。
而且查看国外相关资料,美国有关标准就明确规定,风速标准偏差合理范围为大于0小于3m/s[3]。
σ=1600Σ600i=1νi-ν)2(1)式中:νi—10min内每一秒的采样风速,m/s;ν—10min的平均风速,m/s。
2.2 不在国标参考值范围内的数据数据不在国标推荐的参考范围内但是有效,主要有两种情况:(1)数据缺测导致数据变化趋势不合理。
2006年4月的检验结果显示1#塔70m高度层22日0:50时前1h平均风速变化超出合理范围,查看原始数据,见下表3所示,4月22日0:50风速值为212m/s, 3月31日23:50风速值为1013m/s,两个风速值相差811m/s,远大于国标规定的参考值6m/s,而在3月31日23:50～4月22日0:00中间没有数据记录,这显然是数据缺测导致的参数变化趋势不合理,因此该时段的测风原始数据有效。
(2)天气原因引起。
长岭风场2#塔2005年9月出现一次1h平均风速变化超过国标参考值6m/s的现象,原始测风数据见表4,40m高度层平均风速15: 50比14:50大615m/s,初步判断15:50风速数据不合理。
经查看当时的天气形势,这天有北方冷空气南下入侵我省,导致全省范围内的风速均有所增大,而风场又处在鄱阳湖区南北走向的狭长管道中,气流从北部进入狭管后,使得风速增值;与此同时这一天同时刻2#塔25m和10m高度层的1小时平均风速变化值分别达519m/s和512m/s,而且风场其他测风塔的风速变化也都比较剧烈,因此这种变化趋势是大的天气背景造成的,故认为这时段的数据有效。
2.3 存在的问题由以上分析,国家标准《风电场风能资源评估方法》对于风速标准偏差这一参数没做合理范围规定,因此技术人员在遇到风速标准偏差为零的情况时没・51・ 研究探讨 江西能源 2007(2) 有参考标准;另外平均气温这一参数也没纳入参数合理范围的列表中,本人在查看某测风塔1h 平均气压变化趋势不合理的原始数据时发现5月的气温值出现大于50℃的数值,见表5所示,而在江西近五十年来极端最高气温也不会超过45℃,可见是气温传感器出了故障导致读数异常,且类似情况在江西好几个风场均有出现。
表3 1#塔1h 平均风速(m/s )变化超出合理范围的原始数据月日小时分70m 高度层风速50m 高度层风速331234010.210331235010.39.942200 3.1 2.9422010 1.7 1.7422020 3.1 3.3422030 3.1 3.0422040 3.0 2.9422502.22.0表4 2#塔1h 平均风速(m/s )变化超出合理范围的原始数据时 间40m 风速25m 风速10m 风速12:50 4.0 4.3 4.213:50 4.4 4.3 3.814:50 6.2 5.8 5.315:5012.711.710.516:5014.714.413.817:5018.117.516.8表5 1#测风塔气温、气压原始数据月日小时分平均气压(kPa )平均气温(℃)526155099.726.9526165099.765.1526175065.573.4526185065.576.13 结论综上所述,在利用国家标准《风电场风能资源评估方法》(G B/T 18710-2002)推荐的参数范围方法对风场测风原始数据进行检验的过程中,对符合国家标准的数据,应根据同塔各高度层的数据特点结合自然规律认真分析其是否异常,从而判断其合理性;对不在国标推荐的合理范围内的异常数据,判断时应根据风场地形、气象条件、风场风况变化及周围测风塔的资料变化趋势来综合分析数据是否合理。
另外文中所述的各种情况是针对江西境内这种地形比较复杂的风场而言,对于其他地区的风场是否适合则要具体情况具体分析。
参考文献[1] 张希良1风能开发利用[M]1北京:化学工业出版社,2005,31[2] 中华人民共和国国家标准《风电场风能资源评估方法》(G B/T18710-2002)[S].北京:中国标准出版社,2002,31[3] National Renewable Energy Laboratory NER L/SR -440-22223《W indRes ource Assessment Handbook 》.Page 9-3～9-51[4] 美国风能协会标准AWE A8.2-1993《RECOM ME NDE D PRACTICEFOR SITING OF WIND E NERGY CONVERSION SY STE NS 》1[5] 中华人民共和国国家标准《风电场风能资源测量方法》(G B/T18709-2002)[S].北京:中国标准出版社,2002,4～5.・61・ 江西能源 2007(2) 研究探讨 。
