一种海上风资源综合评估方法、装置、存储介质和电子设备

1.本公开属于风资源技术领域，具体涉及一种海上风资源综合评估方 法、装置、存储介质和电子设备。


背景技术：

2.相比于陆上风电，海上风资源稳定，距离负荷中心较近，且没有视觉 冲击、鸟类保护、土地利用、噪音污染等问题，使海上风电成为近年来各 国发展的重要方向。
3.海上风资源评估是海上风电场开发建设的基础，但是由于海上风电气 象属性复杂、发展时间短、长期观测数据缺乏，使卫星数据、再分析数据 及数值模拟数据等在目前海上风资源评估中具有较为广泛的应用。但是这 些数据与实测数据本身有偏差，且即使有实际测风数据，观测时间不足一 年或测量仪器本身的精度问题，都可能会带来较为明显的风资源评估误 差。因此，保证海上测风数据的可靠性及连续性是提高海上风资源评估精 度及海上风电核心竞争力的关键。
4.准确的风能资源评估对风电场发电量估算及经济效益评估是至关重 要的，传统的风资源评估主要从风能总体储备及可用情况的角度提出，但 是海上风电的商业化发展不仅与风况本身的特点有关，还与其他一系列自 然、经济因素密切相关。例如海上风电的下垫面比陆上更为复杂多变，水 面和大气层之间的气温差别也会影响海上大气边界层的稳定性及垂直混 合趋势，进而影响风资源分布；除此之外，水深和离岸距离等地理要素将 同样制约海上风电的开发和利用，因此海上风电场的开发需整体评估和量 化各制约因素。但是在现有评估手段中存在两个问题，第一，评估过程中 基本都采用再分析数据，缺少实测数据的验证，增加了海上风资源评估的 不确定性；第二，在综合考虑多因素评估海上风资源时，有重叠和遗漏的 问题，并不能全面准确地描述海上风资源分布情况。


技术实现要素：

5.本公开的目的是提供一种海上风资源综合评估方法、装置、存储介质 和电子设备，用于解决现有技术在评估过程中基本采用再分析数据，缺少 实测数据的验证，增加了海上风资源评估的不确定性；以及在综合考虑多 因素评估海上风资源时，有重叠和遗漏的问题，并不能全面准确地描述海 上风资源分布情况的问题。
6.为了实现上述目的，本公开的第一方面，一种海上风资源综合评估方 法，所述方法包括：
7.根据任一风电场中的测风塔在预定时间段内测得的风资源时间数据， 确定海上风资源综合评估参数；
8.消除所述海上风资源综合评估参数的量纲影响；
9.基于消除量纲影响后的海上风资源综合评估参数以及与消除量纲影 响后的海上风资源综合评估参数对应的预设权重，获取该风电场的优选评 估方案分数；其中，所述预设权重用于表示各个参数之间的相对重要程度；
10.对多个风电场的优选评估方案分数按从大到小的顺序排序，确定风电 场的最佳评估结果。
11.可选地，所述海上风资源综合评估参数包括风能资源指标参数、稳定 性指标参数和大气及环境指标参数；
12.其中，所述风能资源指标参数包括风功率密度、有效风速发生率、富 裕水平发生率中的至少一种；所述稳定性指标参数包括变异系数、主导风 向频率中的至少一种；所述大气及环境指标参数包括离岸距离和水深、大 气稳定度中的至少一种。
13.可选地，所述消除所述海上风资源综合评估参数的量纲影响，包括：
14.基于所述风能资源指标参数的数值与海上风资源的相关性，判断所述 海上风资源综合评估参数是否被描述为正向指标；
15.在所述风能资源指标参数被描述为为正向指标时，对所述风能资源指 标参数采用以下公式进行归一化处理：
16.在所述风能资源指标参数被 描述为非正向指标，即负向指标时，对所述风能资源指标参数采用以下公 式进行归一化处理：
[0017][0018]
其中，x
ij
是所述海上风资源综合评估参数，y
ij
是对所述海上风资源 综合评估参数进行归一化以后的值，即消除量纲影响后的海上风资源综合 评估参数；m、m均为正整数。
[0019]
可选地，所述预设权重的计算方法包括：
[0020]
建立ahp层次分析模型，所述ahp层次分析模型包括目标层、准则 层和方案层；
[0021]
向所述ahp层次分析模型中的准则层中输入所述风能资源指标参数、 稳定性指标参数和大气及环境指标参数，所述目标层为优选评估方案；
[0022]
根据所述海上风资源综合评估参数构建8阶判断矩阵，计算所述判断 矩阵中代表评估海上风资源的各个参数的预设权重。
[0023]
可选地，所述基于所述海上风资源综合评估参数的归一化值以及与所 述海上风资源综合评估参数对应的预设权重，获取该风电场的优选评估方 案分数，包括：
[0024]
基于所述预设权重，分别赋予所述海上风资源综合评估参数中的各个 参数的优选评估方案权重系数；
[0025]
将各个参数的优选评估方案权重系数与相对应的所述海上风资源综 合评估参数的归一化值进行乘积并将加，得出该风电场的优选评估方案分 数。
[0026]
第二方面，提供一种海上风资源综合评估装置，所述装置包括：
[0027]
测风塔管理模块，用于获取测风塔在预定时间段内测得的风资源时间 数据；
[0028]
测风数据获取模块，用于根据任一风电场中的测风塔在预定时间段内 测得的风资源时间数据，确定海上风资源综合评估参数；其中，所述海上 风资源综合评估参数包括：风能资源指标参数、稳定性指标参数和大气及 环境指标参数；
[0029]
预处理模块，用于采用极差法对所述海上风资源综合评估参数进行归 一化处理获得所述海上风资源综合评估参数的归一化值，以消除量纲影 响；
[0030]
评估模块，用于基于所述海上风资源综合评估参数的归一化值以及与 所述海上风资源综合评估参数对应的预设权重，获取该风电场的优选评估 方案分数；其中，所述预设权重是基于所述海上风资源综合评估参数，通 过层次分析法得到的；并对多个风电场的优选评估方案分数进行比较，确 定风电场的最佳评估结果。
[0031]
第三方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序， 所述计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面所述方法的步骤。
[0032]
第四方面，提供一种电子设备，包括：上述的计算机可读存储介质； 以及
[0033]
一个或者多个处理器，用于执行所述计算机可读存储介质中的程序。
附图说明
[0034]
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分， 与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限 制。在附图中：
[0035]
图1是本公开实施例提供的一种海上风资源综合评估方法的流程图。
[0036]
图2是本公开实施例提供的一种预设权重的计算方法方法的流程示意 图。
[0037]
图3是本公开实施例提供的一种获取该风电场的优选评估方案分数的 流程示意图。
[0038]
图4是本公开实施例提供的一种海上风资源综合评估装置的结构示意 图。
[0039]
图5是本公开实施例提供的一种ahp层次分析模型的示意图。
具体实施方式
[0040]
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的 是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制 本公开。
[0041]
在现有技术中，传统的风资源评估主要从风能总体储备及可用情况的 角度提出的，但是海上风电的商业化发展不仅与风况本身的特点有关，还 与其他一系列自然、经济因素密切相关。传统的风资源评估过程中基本都 采用再分析数据，缺少实测数据的验证，增加了海上风资源评估的不确定 性；以及，在综合考虑多因素评估海上风资源时，有重叠和遗漏的问题， 并不能全面准确地描述海上风资源分布情况。而在本技术中，通过获取待 评估风电场的不同角度的参数信息，可以不仅只使用再分析数据，还加入 了实测数据，进而根据层次分析法确定不同参数的重要性权重，在本技术 中可以从多个角度建立海上等资源的评估方案，可以提高海上风资源评估 的重要性，进一步对海上风电发电厂的选址做出重要参考。
[0042]
本公开实施例提供一种海上风资源综合评估方法，图1是根据本公开 一实施例示出的一种海上风资源综合评估方法的流程图。如图1所示，该 方法包括以下步骤：
[0043]
步骤s11，根据任一风电场中的测风塔在预定时间段内测得的风资源 时间数据，确定海上风资源综合评估参数。
[0044]
其中，风资源时间数据具体包括在一段时间内，例如一年之内，不间 断的对风电场中的测风塔进行监测，以获取该段时间内的风速，以及和风 速相对应的风向。风资源时
间数据用于计算海上风资源综合评估参数。
[0045]
需要说明的是，在对多个风电场的海上风资源进行重要性评估时，可 以将需要评估的风电场列为待评估风电场，针对所有的待评估风电场均执 行以下步骤。
[0046]
进一步地，所述海上风资源综合评估参数包括风能资源指标参数、稳 定性指标参数和大气及环境指标参数；
[0047]
其中，所述风能资源指标参数包括风功率密度、有效风速发生率、富 裕水平发生率中的至少一种；所述稳定性指标参数包括变异系数、主导风 向频率中的至少一种；所述大气及环境指标参数包括离岸距离和水深、大 气稳定度中的至少一种。
[0048]
步骤s12，消除所述海上风资源综合评估参数的量纲影响。
[0049]
具体的，由于海上风能资源综合评价中涉及到多个评价参数指标，且 各参数指标间的量纲、属性不尽相同，很难直接进行比较，因此在综合分 析评价前，对所有指标进行归一化处理，以消除量纲的影响。其中，量纲 是有两部分组成：数、单位，在不同的评价参数指标之间，由于物理量的 大小和单位不同，评价方式、程度也不同，每个评价参数指标对评价目标 的评价趋势也不同。
[0050]
在本步骤中，通过采用极差法对所用的指标进行归一化处理，即可消 除量纲的影响；以及，在海上风资源综合评估参数中存在对评价目标的评 价趋势呈负向描述的负向评价参数指标，所以在归一化的同时，对负向指 标进行了正向处理，使得所有的评价参数指标对评价目标的评价趋势趋于 相同，即均呈现正向评价趋势，以便于以下步骤中的执行。
[0051]
进一步地，基于所述风能资源指标参数的数值与海上风资源的相关 性，判断所述海上风资源综合评估参数是否被描述为正向指标。
[0052]
其中，判断所述海上风资源综合评估参数是否被描述为正向指标时， 需要判断该海上风资源综合评估参数的指标值是否满足在其指标值越大 时，对评价目标的评价就越好。
[0053]
经判断之后，可判定风功率密度、有效风速发生率、富裕水平发生率 和主导风向频率均为正向指标；变异系数、离岸距离和水深为负向指标； 大气稳定度由于通常用无量纲值莫宁奥布霍夫长度来表征，所以大气稳定 度不参与趋势评价。
[0054]
进一步地，在所述海上风资源综合评估参数被描述为为正向指标时， 对所述风能资源指标参数采用以下公式进行归一化处理：
[0055][0056]
在所述海上风资源综合评估参数被描述为非正向指标，即负向指标 时，对所述风能资源指标参数采用以下公式进行归一化处理：
[0057][0058]
其中，x
ij
是初始值，y
ij
是归一化以后的值，m、m均为正整数。
[0059]
在本步骤中，经过归一化处理以后，输出的目标值都在[0,1]区间内， 并且对负向指标进行了正向处理，使得其评价趋势相一致。
[0060]
步骤s13，基于所述海上风资源综合评估参数的归一化值以及与所述 海上风资源综合评估参数对应的预设权重，获取该风电场的优选评估方案 分数；其中，所述预设权重用于表示各个参数在该参数相对应标准之间的 相对重要程度。
[0061]
进一步地，预设权重的计算方法包括：
[0062]
首先，建立ahp层次分析模型，所述ahp层次分析模型包括目标层、 准则层和方案层。
[0063]
然后，向所述ahp层次分析模型中的准则层中输入所述风能资源指 标参数、稳定性指标参数和大气及环境指标参数，所述目标层为优选评估 方案。
[0064]
层次分析法是将决策问题按总目标、各层子目标、评价准则直至具体 的备选方案的顺序分解为不同的层次结构，然后用求解判断矩阵特征向量 的办法，求得每一层次的各元素对上一层次某元素的优先权重，最后再加 权和的方法递归合并各备选方案对总目标的最终权重，最终权重最大者即 为最优方案。
[0065]
需要注意的是，构建层次结构模型，是本公开实施例需要决策的目标， 影响决策的指标和被决策的对象按照他们之间的关系分为目标层、准则层 和决策层。目标层是决策的目的，准则层是决策的影响因素，决策层是可 供选择的决策结果。本发明实施例中，根据风能资源指标参数、稳定性指 标参数和大气及环境指标参数，可构建出图2所示的为层次结构模型。
[0066]
以及，根据所述海上风资源综合评估参数构建8阶判断矩阵，计算所 述判断矩阵中代表评估海上风资源的各个参数的预设权重。
[0067]
在本步骤中，判断矩阵表示的是本层的所有评价参数指标针对于上一 层的某一个评价参数指标的相对重要性的比较。在实际应用时，成对的比 较因素最多为8个，也就是说每层不超过8个影响因子。本发明实施例中 判断矩阵的元素a使用santy的1-9标度法给出。在具体实施时，采用1-9 标度法，根据层次结构模型中包含的各个评价参数指标，构建下表判断标 度表格。
[0068]
表1判断标度表格
[0069][0070][0071]
对应的判断矩阵为：
[0072][0073]
其中，构建判断矩阵依据专家打分法，凭借专家在本领域的知识储备 以及在本学科的相关经验，对各个评价参数指标的相对重要性进行打分， 得出判断标度表格，根据判断标度表格确定出对应的8阶判断矩阵。
[0074]
在构建8阶判断矩阵之后，对判断矩阵进行一致性校验，本发明实施 例中，选取更加合理的cr作为衡量判断矩阵一致性的指标。当cr小于 0.1时，认为判断矩阵具有令人满意的一致性，否则则必须重新判断矩阵 直到具备符合条件的一致性。如果cr的值小于0.1，则通过一致性检验， 可以进行下一步。如果不能通过一致性检验，则需要重新调整判断矩阵， 观察是否有的指标两两比较的重要程度不符合客观现实，或者比较的强弱 没有拿捏好。当判断矩阵未通过一致性校验的情况下，则说明判断矩阵构 建不合格，需重新构建判断矩阵。
[0075]
最终矩阵的一致性比率cr值为0.078，小于0.1，说明判断矩阵满足 一致性检验，计算得到的权重具有一致性。需要说明的是，本发明实施例 中用于评估海上风资源综重要性的评价参数指标可以包括但不限于风能 资源指标参数、稳定性指标参数和大气及环境指标参数，当有更具影响的 评价参数指标出现的时候，判断矩阵需要重新构建，在具体实施时，可以 根据情况灵活调整评价参数指标和评价参数指标权重，以便适应海上风电 场的不断变化。本发明各个实施例中，以上述指标为例进行说明。
[0076]
最终得到海上风资源综合评估各参数权重分配表，如下表所示：
[0077]
表2
[0078][0079]
进一步地，基于所述预设权重，分别赋予所述海上风资源综合评估参 数中的各个参数的优选评估方案权重系数。
[0080]
其中，在计算得到具有一致性的权重后，分别讲该权重赋予与其相对 应各个参数的优选评估方案权重系数。
[0081]
然后将各个参数的优选评估方案权重系数与相对应的所述海上风资 源综合评估参数的归一化值进行乘积并将加，得出该风电场的优选评估方 案分数。并对参与评估的待评估风电场进行相同的操作步骤，获取所有的 待评估风电场的优选评估方案分数。
[0082]
步骤s14，对多个风电场的优选评估方案分数进行按从大到小的顺序 排序，确定风电场的最佳评估结果。
[0083]
具体的，在获取所有的待评估风电场的优选评估方案分数后，按照从 大到小的顺序进行排序，实现对待评估风电场的重要性进行排序，进而可 以根据此排序结果确定最佳风电场或是确定最佳风电场的选址。
[0084]
如图4所示，本公开还提供一种海上风资源综合评估装置400，包括：
[0085]
测风塔管理模块401，用于获取测风塔在预定时间段内测得的风资源 时间数据；
[0086]
测风数据获取模块402，用于根据任一风电场中的测风塔在预定时间 段内测得的风资源时间数据，确定海上风资源综合评估参数；其中，所述 海上风资源综合评估参数包括：风能资源指标参数、稳定性指标参数和大 气及环境指标参数；
[0087]
预处理模块403，用于采用极差法对所述海上风资源综合评估参数进 行归一化处理获得所述海上风资源综合评估参数的归一化值，以消除量纲 影响；
[0088]
评估模块404，用于基于所述海上风资源综合评估参数的归一化值以 及与所述海上风资源综合评估参数对应的预设权重，获取该风电场的优选 评估方案分数；其中，所述预设权重是基于所述海上风资源综合评估参数， 通过层次分析法得到的；并对多个风电场的优选评估方案分数进行比较， 确定风电场的最佳评估结果。
[0089]
关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在 有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
[0090]
采用上述装置，通过从多个角度建立海上等资源的评估方案，可以提 高海上风资源评估的重要性，进一步对海上风电发电厂的选址做出重要参 考。
[0091]
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不 限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本 公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范 围。
[0092]
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特 征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不 必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
[0093]
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要 其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。