2017, Vol. 35 
风电场的年发电量是指各台风力发电机组年发电量的累计，在风电场可行性评估工作中，风电场年发电量的估算非常关键。为了准确计算风电场年发电量，最理想的情况就是在每个风力发电机组的拟安装位置设置适合高度的测风塔进行实际测量，这种方法虽然可以提高准确性，但经济性差、工程实践不易施行。常用方法是在风电场选择若干具有代表性的地点设置测风塔用于风资源的评估，而其他风力发电机组布置点处的风资源通常采用行业内通用的风资源评估软件进行估算（平坦地形区域多采用WASP和WINDPRO，复杂地形区域多采用WT和WINDSIM[1]）。受地形图精度、计算模型、测风塔位置等多种因素的制约，估算出的风速往往与实际风速有差异，因此基于目前行业常用软件，对引起测量误差的各因素进行研究，对开展风资源评估、风电场设计工作具有非常重要的意义。
1 研究现状目前，国内外研究机构已经就地形图精度、计算模型、计算网格精度对于风资源评估准确性的影响开展了大量的研究工作，针对测风塔位置对风资源评估的影响也开展了一些研究[2-5]。Bowen为了验证基于线性模型的WASP软件的适应性，利用葡萄牙北部地区的5个40 m高度的测风塔数据，采用卫星地图开展了相关研究工作。国内雷杨娜利用WINDSIM软件，对陕西靖边县境内的3座测风塔资源进行了对比分析，认为同时应用2座测风塔资料能较准确地模拟风电场区域风资源分布，与应用1座测风塔相比，估算的发电量误差较小，相对误差基本在5%以内[6-7]。
本文拟从测风塔与拟建风力发电机组间陡峭度差值方面，分析复杂地形下测风塔选址对风电场风资源评估的影响。
2 场址基本情况本次研究选择了内蒙古武川县某风电场进行分析。该风电场位于蒙古高原南部，阴山北麓，属中温带大陆性季风气候，地处西伯利亚和蒙古高气压中心，常受到强大的冷高压影响，是冷空气南下的主要通道，风能资源十分丰富。
样本测图面积122 km2，测图比例1:2000，区域海拔1734~1964 m。风电场内布置了1号、2号、3号共3座测风塔，测风塔高度分别为30 m、70 m、50 m，各塔海拔分别为1798 m、1851 m、1879 m。3座塔呈品字形布置，其中1号测风塔与2号、3号测风塔的距离分别为8.0 km、7.6 km，2号测风塔与3号塔的距离为3.7 km，测风塔的布置示意如图 1所示，测风时段为2006-04-01—2007-03-31。
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图 1 测风塔布置示意图 |
各测风塔周边地形开阔，周围地物对各测风塔测量无影响。根据实测数据分析，该样本地区风能主要集中于180~315°（S~NW），1号塔30 m和10 m高度测风年全年平均风速分别为6.81 m/s和5.98 m/ s；2号塔70 m、50 m、30 m、10 m高度测风年全年平均风速分别为7.72 m/s、7.43 m/s、6.82 m/s、5.98 m/ s；3号塔50 m、30 m、10 m高度测风年全年平均风速分别为7.81 m/s、7.32 m/s、6.45 m/s；测风塔所测速度分布符合当地风速变化规律，基本随海拔高度的上升，风速逐渐增加。
3 研究方法本次研究采用1:2000的实测地形图，利用同时段的每10 min风速风向系列数据，假设3个测风塔中的1个测风塔为已知点，应用本行业普遍使用的复杂地形条件下的风资源计算软件，推导其他2个测风塔处的风速风向系列；再与该测风塔处的实测风速风向系列进行对比分析，利用计算数据与实测数据来确定相对误差和绝对误差，分析测风塔位置对测量的影响情况。
RIX是风电行业中判断位置陡峭的1个参数，是指绕某1点半径为R的范围内，有N条半径与等高线正交成若干条线段（长度总和为Y），其中坡度超过θ的线段长度总和（X）除以Y的值，即RIX=X/Y。本次计算时采用的参数：R=3.5 km，计算扇区16个，子扇区6个。各测风塔处的RIX值见表 1。
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表 1 不同测风塔的RIX值 |
采用行业复杂地形常用风资源计算软件，利用各测风塔每层测风高度原始数据，计算出其他2个测风塔各高度的每10 min风速数据，经分析整理后的风速的绝对误差AE和相对误差APE结果如表 2—表 4所示。
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表 2 利用1号塔数据计算出的2号、3号塔结果 |
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表 3 利用2号测风塔数据计算出的1号、3号测风塔结果 |
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表 4 利用3号测风塔数据计算出的1号、2号测风塔结果 |
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(1) |
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(2) |
式中 V0—测风塔实测年平均风速，m/s；
Vi—测风塔推导年平均风速，m/s。
4.2 计算结果分析分析上述计算结果可知：
（1）由同层数据计算出的APE绝对值的平均值为2.76%，不同层数据计算出的APE绝对值平均值为3.40%，利用同层间数据计算出的结果准确性更高。
（2）RIX值对计算误差的影响：1号测风塔的RIX值小于2号、3号测风塔，其计算结果的相对误差APE值全部为负值，说明计算出的风速较实际值偏低；3号测风塔的RIX值大于1号、2号测风塔，其计算结果的相对误差APE值绝大部分为正值，即计算出的风速值较实际值偏高。
5 结论通过以上分析可以得出以下结论：
（1）RIX值对于测风塔数据计算误差的判断有重要的意义，由RIX值较大位置推算RIX值较小位置的数据时，相对误差一般为正值，即推算出的风速较真实值大，由此计算出的年发电量也较实际发电量多。
（2）由RIX值较小位置推算RIX值较大位置的数据时，相对误差一般为负值，即推算出的风速较真实值小，由此计算出的年发电量也较实际发电量少。
（3）在选择测风塔用于风资源评估时，应尽量选择与预安装风力发电机组位置相近测风塔的RIX值。
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