适合云南地区风功率预测的数值天气预报系统研究Study on numerical weather forecast system suitable for wind power prediction in Yunnan Province
剡文林,闫涵,杨永强
摘要(Abstract):
为了探寻适合云南地区风功率预测的数值天气预报系统,利用GFS资料为中尺度模式WRF提供初始场和边界条件,评估了不同模式分辨率、参数化方案对云南地区风速模拟结果的影响。结果表明:对于云南地区,3 km分辨率风速模拟效果总体上优于9 km分辨率;不同参数化方案对于风速模拟效果影响较大,其中第3套参数化方案(长波辐射方案选用Earth Held-Suarez,短波辐射方案选用RRTMG,陆面过程选用Noah,积云对流方案选用Kain-Fritsch,行星边界层方案选用YSU)为云南地区的最优化方案,其模拟结果与观测资料均方根误差最小(区域平均均方根误差约为1.67 m/s,17个观测站点平均均方根误差约为3.30 m/s)。进一步结合功率预测模型分析表明,较优的分辨率-参数化组合方案可以提升云南地区风电场功率预测合格率达9.68%~38.71%。研究成果对提高云南地区风电场功率预测水平、制定合理消纳风电计划具有一定的指导意义。
关键词(KeyWords): 风功率;云南;数值天气预报;WRF;新能源;清洁能源;电力系统稳定性;电网安全运营
基金项目(Foundation): 云南电网有限责任公司科技项目(YNKJXM00000338)
作者(Author): 剡文林,闫涵,杨永强
DOI: 10.13928/j.cnki.wrahe.2018.06.029
参考文献(References):
- [1]刘永前,韩爽,胡永生.风电场出力短期预报研究综述[J].现代电力,2007,24(5):6-11.
- [2]冯双磊,王伟胜,刘纯,等.风电场功率预测物理方法研究[J].中国电机工程学报,2010,30(2):1-6.
- [3]FOLEY A M,LEAHY P G,MARVUGLIA A,et al.Current methods and advances in forecasting of wind power generation[J].Renewable energy.2012,37(1):1-8.
- [4]PLEIM J E.A combined local and nonlocal closure model for the atmospheric boundary layer.Part II:Application and evaluation in a mesoscale meteorological model[J].Journal of applied meteorology and climatology,2007,46(9):1396-1409.
- [5]BOSSAVY A,GIRARD R,KARINIOTAKIS G.Forecasting ramps of wind power production with numerical weather prediction ensembles[J].Wind energy,2013,16(1):51-63.
- [6]CHEN N,QIAN Z,NABNEY I T,et al.Wind power forecasts using Gaussian processes and numerical weather prediction[J].IEEE Transactions on power systems,2014,29(2):656-665.
- [7]AI-YAHYAI S,CHARABI Y,GASTLI A.Review of the use of Numerical Weather Prediction(NWP)models for wind energy assessment[J].Renewable and sustainable energy reviews,2010,14(9):3192-3198.
- [8]李响.WRF模式中积云对流参数化方案对西北太平洋台风路径与强度模拟的影响[J].中国科学(地球科学),2013,42(12):1966-1978.
- [9]黄海波,陈春艳,朱雯娜.WRF模式不同云微物理参数化方案及水平分辨率对降水预报效果的影响[J].气象科技,2011,39(5):529-536.
- [10]陈炯,王建捷.边界层参数化方案对降水预报的影响[J].应用气象学报,2006,17(S1):11-17.
- [11]张小培,银燕.复杂地形地区WRF模式四种边界层参数化方案的评估[J].大气科学学报,2013,36(1):68-76.
- [12]蒋立辉,王斌,庄子波,等.不同分辨率下风场的数值模拟仿真研究[J].计算机技术与发展,2012,22(5):180-184.
- [13]李自应,王明.云南风能可开发地区风速的韦布尔分布参数及风能特征值研究[J].太阳能学报,1998,19(3):248-253.
- [14]施晓晖,王明.云南风能可开发地区风矢量特征及其对风能开发的影响[J].新能源,1999,2(4):25-28.
- [15]顾本文,王明.云南风能资源的特点[J].太阳能学报,2000,21(1):45-49.
- [16]SALVADOR R,CALBJ,MILLN M M.Horizontal grid size selection and its influence on mesoscale model simulations[J].Journal of applied meteorology,1999,38(9):1311-1329.
- [17]王曼,沈元芳,韩慎友,等.两组辐射方案对中国短期天气过程影响的比较和探讨[J].大气科学,2005,29(4):654-670.
- [18]杨鹏武,王学锋,王麟,等.WRF_Topo Wind模式对中国低纬高原高山风速模拟的适用性研究[J].云南大学学报(自然科学版),2016,38(5):766-772.
- [19]吴遥,李跃清,蒋兴文,等.WRF模拟青藏高原东南部极端旱涝年降水的参数敏感性研究[J].高原气象,2017,36(3):619-631.
- [20]李艳,成培培,路屹雄,等.典型复杂地形风能预报的精细化研究[J].高原气象,2015,34(2):413-425.
- [21]周荣卫,何晓凤.模式分辨率对东北地区近地层风场预报性能的影响[J].气象科技进展,2017,7(1):95-100.
- [22]祖繁,樊曙先,王咏薇,等.复杂下垫面风电场风速数值模拟及误差特征[J].大气科学学报,2016,39(5):672-682.
- [23]张少济,彭燕祥,张华.WRF复杂地形区域风场物理过程参数化方案敏感性分析[J].水利水电技术,2017,48(6):128-133.
- [24]BAO X,ZHANG F.Evaluation of NCEP-CFSR,NCEP-NCAR,ERA-Interim,and ERA-40 reanalysis datasets against independent sounding observations over the Tibetan Plateau[J].Journal of climate,2013,26(1):206-214.
- [25]MA L J,ZHANG T J,FRAUENFELD O W,et al.Evaluation of precipitation from the ERA-40,NCEP-1,and NCEP-2 reanalyses and CMAP-1,CMAP-2,and GPCP-2 with ground-based measurements in China[J].Journal of geophysical research:atmospheres,2009,114(D9):1-20.
- [26]LIU L,ZHANG R,ZUO Z.Intercomparison of spring soil moisture among multiple reanalysis data sets over eastern China[J].Journal of geophysical research:atmospheres,2014,119(1):54-64.
- [27]LIU L,ZHANG R,ZUO Z.Effect of spring precipitation on summer precipitation in Eastern China:role of soil moisture[J].Journal of climate,2017,30(22):9183-9194.
- [28]屠妮妮,何光碧,张利红.WRF模式中不同积云对流参数化方案对比试验[J].高原山地气象研究,2011,31(2):18-25.
- [29]李安泰,何宏让,张云.WRF模式陆面参数扰动对一次西北暴雨影响的数值模拟[J].高原气象,2012,31(1):65-75.
- [30]王田田,高晓清,尹宪志,等.WRF模式物理过程参数化方案对酒泉地区暴雨模拟的影响[J].高原气象,2016,35(5):1257-1269.