本發(fā)明涉及用于預(yù)測風(fēng)力發(fā)電場的風(fēng)況的方法，具體涉及，設(shè)置于風(fēng)力發(fā)電場外部的風(fēng)況測定裝置所測定的風(fēng)況在到達風(fēng)力發(fā)電場的過程中，反映根據(jù)各種變量所產(chǎn)生的變化，從而在一定時間之后，對到達風(fēng)力發(fā)電場內(nèi)的各個風(fēng)力發(fā)電機的風(fēng)況進行正確地預(yù)測，從而能夠有效地運轉(zhuǎn)風(fēng)力發(fā)電場。

背景技術(shù)：
風(fēng)力發(fā)電機是將風(fēng)具有的動能轉(zhuǎn)換為電能的裝置，并且風(fēng)力發(fā)電場是設(shè)置有多個風(fēng)力發(fā)電機的場所，以便在陸上或者海上利用自然風(fēng)來運轉(zhuǎn)發(fā)電機，從而獲得能量。風(fēng)力發(fā)電場利用風(fēng)來發(fā)電，因此風(fēng)的狀態(tài)對其產(chǎn)生很大影響。從風(fēng)力發(fā)電機中產(chǎn)生的電能受到易變化的風(fēng)力的影響，因此不能始終維持一定水準，從而與現(xiàn)有發(fā)電機相比質(zhì)量不是很好。為了維持高質(zhì)量的電能，電力網(wǎng)的發(fā)電機應(yīng)具有充分的儲備力，以便能夠修正風(fēng)力發(fā)電機的輸出的增加/減少量。但是，風(fēng)力發(fā)電場的輸出根據(jù)風(fēng)況變化的變化率很大，因此為了穩(wěn)定地運轉(zhuǎn)電力網(wǎng)就需要大量的儲備力，從而會增加整體電力網(wǎng)的發(fā)電費用。在大量的風(fēng)力發(fā)電機連接于電力網(wǎng)的情況下會加深上述問題，因此為了解決上述問題，世界各國制定并執(zhí)行并網(wǎng)準則（grid-code），并且我國在2010年6月對此已進行公告。另外，應(yīng)對突然不刮風(fēng)或者刮風(fēng)弱的情況，需具有儲備力，以便從其他發(fā)電機對此進行替代，并且為此應(yīng)事先打開昂貴的火力發(fā)電機，因此阻礙電力網(wǎng)的有效地運轉(zhuǎn)。由此，只有在對一定時間過后的風(fēng)力發(fā)電場的輸出進行正確地預(yù)測后，才能減少其他發(fā)電裝置中所應(yīng)具有的儲備力，從而有效地運轉(zhuǎn)電力網(wǎng)。在作為先行技術(shù)文獻的韓國登記專利公報第10-1093003號中記載有當風(fēng)速迅速變化時控制風(fēng)力發(fā)電場的相關(guān)內(nèi)容。本發(fā)明中提出了如下方法：根據(jù)風(fēng)速的變化對風(fēng)力發(fā)電場進行控制，從而有助于整體電力網(wǎng)的穩(wěn)定性，假設(shè)在風(fēng)力發(fā)電場的外部進行測定的風(fēng)況完整地到達風(fēng)力發(fā)電場，則需考慮風(fēng)況產(chǎn)生變化的情況。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明是用于解決上述問題而提出的，其目的在于，對一定時間過后的風(fēng)力發(fā)電場內(nèi)的各個風(fēng)力發(fā)電機的風(fēng)況進行正確地預(yù)測。本發(fā)明的目的在于，在對一定時間過后的風(fēng)況進行正確地預(yù)測后，對根據(jù)風(fēng)況變化的風(fēng)力發(fā)電場的輸出的變化幅度進行最小化，從而不僅能夠穩(wěn)定地運轉(zhuǎn)風(fēng)力發(fā)電場，而且還能夠有效地運轉(zhuǎn)整體電力網(wǎng)。另外，本發(fā)明的目的在于，通過正確預(yù)測的風(fēng)況信息，有效地用于預(yù)測風(fēng)力發(fā)電場的輸出、控制風(fēng)力發(fā)電場的變化率、改善功率因數(shù)等風(fēng)力發(fā)電場的各種控制和運轉(zhuǎn)。用于解決上述問題的本發(fā)明的用于預(yù)測風(fēng)力發(fā)電場的風(fēng)況的方法包括如下步驟：（a）通過設(shè)置于風(fēng)力發(fā)電場外部的風(fēng)況測定裝置對包括風(fēng)速及風(fēng)向在內(nèi)的風(fēng)況進行測定；（b）對上述風(fēng)況測定裝置所測定的風(fēng)況到達風(fēng)力發(fā)電場的過程中產(chǎn)生的誤差進行修正；以及（c）利用通過上述（b）步驟修正誤差的風(fēng)況來對一定時間過后的風(fēng)力發(fā)電場內(nèi)的各個風(fēng)力發(fā)電機中的風(fēng)況進行計算。，并且上述（b）步驟包括如下步驟：（b-1）根據(jù)風(fēng)力發(fā)電場和風(fēng)況測定裝置之間的地形條件修正誤差；以及（b-2）在對風(fēng)力發(fā)電場內(nèi)所設(shè)置的風(fēng)力發(fā)電機的形態(tài)的條件進行考慮后修正誤差。（b-1）步驟中，在對根據(jù)上述變量的地形條件反映結(jié)果進行綜合后實施統(tǒng)計應(yīng)用。另外，作為本發(fā)明的用于預(yù)測風(fēng)力發(fā)電場的風(fēng)況的方法的一個實施例，在上述（b-1）步驟之后還包括（b-3）步驟，其將根據(jù)風(fēng)的移動形成的湍流表現(xiàn)為模型化的湍流模型。另外，上述（b）步驟中，在（b-1）步驟之后還包括（b-4）步驟，其反映風(fēng)力發(fā)電場和風(fēng)況測定裝置之間的大氣條件，并且在本發(fā)明的用于預(yù)測風(fēng)力發(fā)電場的風(fēng)況的方法的另一個實施例中，上述風(fēng)況測定裝置在風(fēng)力發(fā)電場的外部設(shè)置為多個層。在根據(jù)本發(fā)明的情況下，可正確預(yù)測一定時間過后的風(fēng)力發(fā)電場內(nèi)的各個風(fēng)力發(fā)電機中的風(fēng)況。另外，正確預(yù)測一定時間過后的風(fēng)況，從而可穩(wěn)定地運轉(zhuǎn)風(fēng)力發(fā)電場，并且可有效地運轉(zhuǎn)連接有風(fēng)力發(fā)電場的整體電力網(wǎng)。并且，利用預(yù)測的風(fēng)況信息來有效地執(zhí)行預(yù)測風(fēng)力發(fā)電場的的輸出、控制風(fēng)力發(fā)電場的變化率、控制湍流等風(fēng)力發(fā)電場的各種控制和運轉(zhuǎn)。附圖說明圖1是表示設(shè)置于風(fēng)力發(fā)電場及風(fēng)力發(fā)電場外部的風(fēng)況測定裝置的模式圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明的用于預(yù)測風(fēng)力發(fā)電場的風(fēng)況的方法的一個實施例的流程圖。具體實施方式以下，參照附圖對本發(fā)明進行詳細說明。圖1是表示設(shè)置于風(fēng)力發(fā)電場及風(fēng)力發(fā)電場外部的風(fēng)況測定裝置的模式圖。在圖1中，將設(shè)置于風(fēng)力發(fā)電場內(nèi)的風(fēng)力發(fā)電機簡單地設(shè)置成正方形，但是在實際設(shè)計風(fēng)力發(fā)電場時，可根據(jù)地形設(shè)置成各種形態(tài)，并且有效地設(shè)計成可對風(fēng)力發(fā)電場的輸出實現(xiàn)最大化的形態(tài)。風(fēng)況測定裝置設(shè)置于風(fēng)力發(fā)電場外部。在對通過風(fēng)況測定裝置測定出風(fēng)況的風(fēng)到達風(fēng)力發(fā)電場所需的時間及到達風(fēng)力發(fā)電場的過程中可產(chǎn)生的誤差程度進行考慮后決定風(fēng)況測定裝置的設(shè)置位置。距離越遠，到達時間就越長，因此有利于控制風(fēng)力發(fā)電場并調(diào)節(jié)輸出，但是到達時間越長就更多的誤差產(chǎn)生的因素作用于風(fēng)況中，從而很難正確預(yù)測風(fēng)力發(fā)電場中的風(fēng)況。相反地，在將風(fēng)況測定裝置設(shè)置于風(fēng)力發(fā)電場的近處的情況下，可相對地正確預(yù)測風(fēng)力發(fā)電場中的風(fēng)況，但是風(fēng)到達的時間短，因此需在較短的時間內(nèi)控制風(fēng)力發(fā)電場。由此，在風(fēng)力發(fā)電場中對風(fēng)況預(yù)測的誤差進行最小化的同時，在可確保控制風(fēng)力發(fā)電場所需的時間的距離范圍內(nèi)最適當?shù)奈恢蒙显O(shè)置風(fēng)況測定裝置。圖2是根據(jù)本發(fā)明的用于預(yù)測風(fēng)力發(fā)電場的風(fēng)況的方法的一個實施例的流程圖。為了有效地運轉(zhuǎn)風(fēng)力發(fā)電場，正確預(yù)測吹向設(shè)置于風(fēng)力發(fā)電場內(nèi)的風(fēng)力發(fā)電機的風(fēng)的風(fēng)向及風(fēng)速很重要。在將風(fēng)況測定裝置設(shè)置于與風(fēng)力發(fā)電機相同的位置的情況下，可獲取最正確地風(fēng)況信息，但是在此情況下，只能實時測定風(fēng)力發(fā)電場的風(fēng)況，不能預(yù)測一定時間過后的風(fēng)況，因此很難連接于整體電力網(wǎng)的運轉(zhuǎn)。由此，需在相隔一定距離的位置上設(shè)置風(fēng)況測定裝置，并且利用風(fēng)況測定裝置的測定結(jié)果來預(yù)測一定時間過后的風(fēng)力發(fā)電場中的風(fēng)況信息。本發(fā)明的用于預(yù)測風(fēng)力發(fā)電場的風(fēng)況的方法的一個實施例，其包括如下步驟：（a）通過設(shè)置于風(fēng)力發(fā)電場外部的風(fēng)況測定裝置對包括風(fēng)速及風(fēng)向在內(nèi)的風(fēng)況進行測定；（b）對上述風(fēng)況測定裝置所測定的風(fēng)況到達風(fēng)力發(fā)電場的過程中所產(chǎn)生的誤差進行修正；以及（c）利用通過上述（b）步驟修正誤差的風(fēng)況來對一定時間過后的風(fēng)力發(fā)電場內(nèi)的各個風(fēng)力發(fā)電機中的風(fēng)況進行計算。上述（b）步驟包括如下步驟：（b-1）根據(jù)風(fēng)力發(fā)電場和風(fēng)況測定裝置之間的地形條件修正誤差；以及（b-2）在對風(fēng)力發(fā)電場內(nèi)所設(shè)置的風(fēng)力發(fā)電機的形態(tài)條件進行考慮后修正誤差。在風(fēng)況測定裝置中測定風(fēng)況的風(fēng)在到達風(fēng)力發(fā)電場的過程中會因各種因素產(chǎn)生誤差。本發(fā)明中，將上述因素根據(jù)特征分為三大類，從而應(yīng)用于根據(jù)各個因素所產(chǎn)生的誤差的修正方式。修正風(fēng)況誤差的第一個步驟為反映風(fēng)況測定裝置和風(fēng)力發(fā)電場之間的地形條件。對風(fēng)況的變化產(chǎn)生影響的地形條件包括地表特征、高度、形態(tài)，但是海上和陸地的地表特征不同，以及在陸地的情況下，平原、雪地、草原、灌木林等的特征也不同。在地表特征發(fā)生變化時，風(fēng)與地面產(chǎn)生的摩擦?xí)煌?，因此地表特征會影響風(fēng)況。另外，即使風(fēng)在相同的地表上吹過，根據(jù)高度的不同地面的影響力會不同，因此根據(jù)地表特征按照高度的不同風(fēng)況產(chǎn)生變化的程度也會不同。如果將如上所述的地表特征及高度的影響數(shù)學(xué)公式化，則如以下【數(shù)學(xué)公式1】。在此，h、1是從地面測量的高度，Vh、V1是在所屬高度上的風(fēng)速，z0是粗糙系數(shù)。根據(jù)通過綜合數(shù)據(jù)獲取的不同地表特征的粗糙系數(shù)（z0）參考如下【表1】。【表1】地面粗糙度粗糙系數(shù)(z0)雪地0.1矮草原1高草原，麥田4高度為10m的灌木林50郊區(qū)100城市內(nèi)100海面(根據(jù)波濤狀態(tài))0.001地表的形態(tài)根據(jù)地表是否起伏、是丘陵地帶還是平原而不同。另外，風(fēng)力發(fā)電場周圍的地形條件是不易變化的條件。換句話說，風(fēng)力發(fā)電場的特征、形態(tài)等是幾乎沒有變化的變量。由此，在反映根據(jù)所屬變量的誤差時，對已計算的地形條件的反應(yīng)結(jié)果進行綜合，從而導(dǎo)出統(tǒng)計數(shù)據(jù)后實施統(tǒng)計應(yīng)用會比較有利，而不是執(zhí)行實時計算。地表特征根據(jù)不同季節(jié)植物的生長、雪堆與否等會有些許差異，但是以1年為單位模式會反復(fù)，因此易于執(zhí)行統(tǒng)計應(yīng)用。另外，風(fēng)力發(fā)電場周圍的地表形態(tài)沒有變化，因此同樣易于執(zhí)行統(tǒng)計應(yīng)用。由此，本發(fā)明的一個實施例中，在地形條件影響風(fēng)況誤差時，不僅包括實時計算，還包括應(yīng)用統(tǒng)計數(shù)據(jù)。另外，本發(fā)明的用于預(yù)測風(fēng)力發(fā)電場的風(fēng)況的方法中，在上述（b-1）步驟之后包括（b-2）步驟，其對根據(jù)風(fēng)力發(fā)電場內(nèi)所設(shè)置的風(fēng)力發(fā)電機的形態(tài)的條件進行考慮后修正誤差。通過上述（b-2）步驟不僅反映風(fēng)況測定裝置和風(fēng)力發(fā)電場之間產(chǎn)生的風(fēng)況的變化，而且還反映風(fēng)力發(fā)電場內(nèi)風(fēng)力發(fā)電機相互之間所產(chǎn)生的影響，從而修正風(fēng)況誤差。根據(jù)風(fēng)力發(fā)電場內(nèi)所設(shè)置的風(fēng)力發(fā)電機的形態(tài)對風(fēng)力發(fā)電機相互之間產(chǎn)生的影響會不同，因此對此進行反映。如圖1所示，在風(fēng)力發(fā)電場內(nèi)將多個風(fēng)力發(fā)電機設(shè)置為多層的情況下，在位于風(fēng)最先到達的層上的風(fēng)力發(fā)電機的葉片通過風(fēng)進行旋轉(zhuǎn)時，將葉片進行旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的風(fēng)的風(fēng)況發(fā)生變化后到達下一個風(fēng)力發(fā)電機。換句話說，即使相同的風(fēng)進入到風(fēng)力發(fā)電場，根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機所設(shè)置的位置的不同，使各個風(fēng)力發(fā)電機旋轉(zhuǎn)的風(fēng)的風(fēng)速及角度則不同。如上所述，反映通過風(fēng)力發(fā)電機的葉片所產(chǎn)生的滑流對其他風(fēng)力發(fā)電機產(chǎn)生的影響，從而計算將風(fēng)力發(fā)電機進行運轉(zhuǎn)的風(fēng)的變化，并且可更精確地預(yù)測到達風(fēng)力發(fā)電場內(nèi)的各個風(fēng)力發(fā)電機的風(fēng)況。通過風(fēng)力發(fā)電機的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的滑流會增加湍流的強度，并且因設(shè)置于后面的風(fēng)力發(fā)電機的運動量的減少會增加疲勞負載，并且因流入風(fēng)速的下降，減少風(fēng)力發(fā)電場整體的輸出量，因此預(yù)測受滑流影響的風(fēng)力發(fā)電機中的流入風(fēng)速，并且據(jù)此預(yù)測位于滑流位置的風(fēng)力發(fā)電機中的風(fēng)況。作為用于預(yù)測受滑流影響的風(fēng)力發(fā)電機中的風(fēng)向的方法，可應(yīng)用各種標準化的模型，并且作為上述模型的一個實施例，如果應(yīng)用艾恩斯利（Ainslie）的渦流粘度模型，則整理為如下【數(shù)學(xué)公式2】。【數(shù)學(xué)公式2】上述將風(fēng)力發(fā)電機的旋轉(zhuǎn)適用于圓柱坐標，r是風(fēng)力發(fā)電機的葉片所旋轉(zhuǎn)的截面的半徑方向的位移，x是風(fēng)力發(fā)電機中的風(fēng)吹向的位移，V是根據(jù)r方向的風(fēng)速，U意味著吹向x方向的風(fēng)速（產(chǎn)生風(fēng)力發(fā)電的風(fēng)速），ε是表示渦流粘度的系數(shù)。ε（eddyviscosity）根據(jù)以下【數(shù)學(xué)公式3】進行計算。【數(shù)學(xué)式3】在此，k是馮·卡門的常數(shù)，I0是湍流強度。由此，在應(yīng)用記述于上述【數(shù)學(xué)公式2】及【數(shù)學(xué)公式3】的艾恩斯利（Ainslie）的模型的情況下，對受到通過風(fēng)力發(fā)電機的旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的滑流影響的風(fēng)力發(fā)電機中的流入風(fēng)速進行預(yù)測，并且據(jù)此可預(yù)測位于滑流位置的風(fēng)力發(fā)電機中的風(fēng)況。本發(fā)明的用于預(yù)測風(fēng)力發(fā)電場的風(fēng)況的方法的一個實施例中，在（b-1）步驟之后還包括（b-3）步驟，其將根據(jù)風(fēng)的移動形成的湍流表現(xiàn)為模型化的湍流模型，從而修正誤差。本實施例中，上述湍流模型的特征在于，修正在適用地形條件時產(chǎn)生的湍流的誤差。因各種因素，風(fēng)會表現(xiàn)出非規(guī)律性的流動，將上述稱為湍流，在風(fēng)力發(fā)電中，湍流是導(dǎo)致電力生產(chǎn)的下降及系統(tǒng)負荷增加的因素。由此，反映根據(jù)湍流的影響，從而對此進行應(yīng)對，才能預(yù)測風(fēng)力發(fā)電場的風(fēng)況，據(jù)此可有效地控制風(fēng)力發(fā)電場并穩(wěn)定地運轉(zhuǎn)整體電力網(wǎng)。為了反映根據(jù)湍流的影響，應(yīng)計算作為表示湍流強度的指數(shù)的湍流強度。湍流強度(TurbulenceIntensity,TI)通過以下【數(shù)學(xué)公式4】進行計算?！緮?shù)學(xué)公式4】D1/2是風(fēng)速的標準差，Vm是平均風(fēng)速。在計算湍流強度時，需要風(fēng)況測定裝置和風(fēng)力發(fā)電場之間的區(qū)域范圍內(nèi)的風(fēng)速標準差及平均風(fēng)速的信息，此信息可從根據(jù)地形條件誤差修正的風(fēng)況信息中獲取。利用通過適用地形條件而獲取的風(fēng)速相關(guān)信息來表示上述【數(shù)學(xué)公式4】，則如以下【數(shù)學(xué)公式5】?！緮?shù)學(xué)公式5】通過上述【數(shù)學(xué)公式5】計算湍流強度，從而可判斷湍流的產(chǎn)生頻率，并且適用上述頻率可預(yù)測風(fēng)力發(fā)電場中的一定時間過后的風(fēng)況變化。另外，本發(fā)明的用于預(yù)測風(fēng)力發(fā)電場的風(fēng)況的方法的另一個實施例中，在（b-1）步驟之后還包括（b-4）步驟，其根據(jù)風(fēng)力發(fā)電場和風(fēng)況測定裝置之間的大氣條件修正誤差。反映風(fēng)力發(fā)電場和風(fēng)況測定裝置之間的大氣條件包括如下方面：反映根據(jù)風(fēng)況測定裝置和風(fēng)力發(fā)電場之間區(qū)域范圍內(nèi)的氣溫及氣壓的變化的風(fēng)力發(fā)電場中的風(fēng)況變化。作為利用氣溫及氣壓的變化來預(yù)測風(fēng)況變化的一個實施例，計算根據(jù)氣溫及氣壓變化的空氣密度的變化，并且據(jù)此反映出對風(fēng)速及風(fēng)向產(chǎn)生的影響。如果將空氣密度ρ通過氣壓及氣溫進行表示，則會如以下【數(shù)學(xué)公式6】。【數(shù)學(xué)公式6】T是氣溫【℃】，p是氣壓【mb】，e是大氣蒸汽壓【mb】。如果對上述【數(shù)學(xué)式6】進行觀察，則在本發(fā)明中，在反映風(fēng)況測定裝置和風(fēng)力發(fā)電場之間區(qū)域范圍內(nèi)的氣溫及氣壓的變化時，可正確預(yù)測空氣密度，并且空氣密度越高就越妨礙風(fēng)的移動，因此風(fēng)速在風(fēng)況測定裝置和風(fēng)力發(fā)電場之間空氣密度高的區(qū)域中減少，并且風(fēng)吹向空氣密度低的領(lǐng)域的傾向會大，因此也對風(fēng)向產(chǎn)生影響。由此，在考慮大氣條件后對風(fēng)力發(fā)電場的風(fēng)況進行預(yù)測的情況下，與只反映地形條件的情況相比，可更精確地預(yù)測風(fēng)況，并且具有可考慮根據(jù)氣溫及氣壓的變化模式的影響的優(yōu)點。另外，本發(fā)明的風(fēng)況測定裝置在風(fēng)力發(fā)電場外部可設(shè)置為多個層。在此情況下，在設(shè)置為多個層的風(fēng)況測定場中對風(fēng)況從風(fēng)力發(fā)電場的外部產(chǎn)生變化的趨勢進行分析，從而可預(yù)測所屬風(fēng)到達風(fēng)力發(fā)電場的情況下的風(fēng)況特性。本發(fā)明的用于預(yù)測風(fēng)況發(fā)電場的風(fēng)況的方法中，如上述所示，對風(fēng)況在風(fēng)力發(fā)電場和風(fēng)況測定裝置之間產(chǎn)生變化的要素進行考慮，從而預(yù)測風(fēng)力發(fā)電場中的風(fēng)況。特別是，將對風(fēng)況產(chǎn)生影響的各種因素分為3大類，從而首先適用最主要的因素或者根據(jù)時間的變化幅度相對小的地形條件，并且考慮在風(fēng)力發(fā)電場內(nèi)部使風(fēng)況產(chǎn)生變化的要素，并且反映出在其中產(chǎn)生特別大的影響的滑流效果。另外，適用反映風(fēng)況的瞬間變化的湍流模型以及受氣溫/氣壓影響的大氣條件，從而會提高預(yù)測風(fēng)力發(fā)電場內(nèi)的各個風(fēng)力發(fā)電機中的風(fēng)況的正確度。根據(jù)本發(fā)明，可考慮風(fēng)力發(fā)電場內(nèi)部及外部的所有因素，因此可正確預(yù)測一定時間過后的風(fēng)力發(fā)電場內(nèi)的各個風(fēng)力發(fā)電機的風(fēng)況。特別是，在根據(jù)本發(fā)明的情況下，可正確預(yù)測在數(shù)十分到數(shù)小時內(nèi)將要吹向風(fēng)力發(fā)電場的風(fēng)速及風(fēng)向，因此具有在超短期內(nèi)可預(yù)測及控制風(fēng)力發(fā)電量的優(yōu)點。