评工程师论文发表风能资源评估软件的设计

　　摘要：基于内蒙古自治区风能资源丰富以及风能资源评估在风电场建设中的重要性，采用C#程序设计语言与MATLAB软件进行开发，SQL Server 2008部署数据库，设计与实现了内蒙古风能资源评估软件。主要实现了数据导入导出，风资源评估参数的计算、图表的绘制，以及生成评估报告等功能，满足了基本的风资源评估工作的需要。

　　关键词：评工程师论文发表,内蒙古,风能资源评估,C#,MATLAB

　　目前，能源问题和污染问题日益严峻。寻求无污染的可再生能源来替代化石燃料并推广应用是世界能源发展的重大问题。在新能源中，风能具有蕴藏量大、可再生、无污染、不淹地、占地少、建设周期短、投资灵活、自动控制水平高、运行管理人员少等优点。发展风力发电对解决电力短缺问题和环境问题有着重要的作用。在我国，内蒙古自治区具有丰富的风能资源风能储量居全国各省区第一位，是我国21世纪重要的能源基地，风力发电的潜力很大。

　　风电资源开发和风电场建设的前提是风能资源评估。评估的水平和准确性直接影响着风电场的效益。目前，风资源评估普遍采用的是丹麦实验室开发的WAsP(Wind Atlas Analysis and Application Program)软件。它是行业标准的风资源评估软件，其功能很强大，对于我国风电场的选址和风电开发具有重大的意义。然而每种评估软件都有一定的适用性，WAsP是基于欧洲比较平坦的地形设计的，对简单的地区比较适用，而内蒙古地区的地形相对复杂，这就导致了评估结果的偏差。因此，针对内蒙古自治区这一风能资源丰富但地形复杂的地区设计和开发一个使用灵活、计算精确、评估准确的风资源评估软件就变得尤为重要。

　　1 软件总体设计介绍

　　1.1 总体设计思路

　　在对内蒙古风能资源评估软件的设计与实现中，采用Visio Studio 2010工具进行软件开发，SQL Server 2008数据库系统进行部署。首先利用C#程序将气象站采集的地面气象数据导入到数据库中，再利用C#编程和MATLAB软件实现对数据的计算和对风资源图表的绘制，最后能够将计算和分析结果导出并给出评估报表。预期达到的目标是：

　　1.1.1 根据内蒙古各地区风场的实测数据得到该地区的风切变指数等地形地貌参数，并针对内蒙古各地不同的地形分别做出评估。

　　1.1.2 将气象站采集到的地面气象数据或风场实测数据读取进来作为软件的原始数据，并对这些数据进行分析和计算，得出风能评估参数，Bladed参数和仿真随机风的动态函数。

　　1.1.3 采用程序(C#和MATLAB及其他程序)之间无缝连接或相互调用的方法给出实时的动态数据图和评估报表。

　　1.2 总体流程图

　　1.3 开发工具介绍

　　C#是微软开发的面向对象的、运行于.NET Framework之上的高级编程语言。C#简单、功能强大、类型安全，可实现应用程序的快速开发。MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等。SQL Server是微软公司开发的基于C/S的关系数据库管理系统，它具有使用方便、可伸缩性好等优点，也提供了与很多高级语言的接口。

　　2 系统功能概述

　　根据上述的风资源评估软件的总体设计，其主要功能包括内蒙古自治区各地区(呼和浩特，包头，乌海，乌兰察布，通辽，赤峰，鄂尔多斯，巴彦淖尔，锡林郭勒，兴安盟，阿拉善盟，呼伦贝尔等)数据的导入导出模块、参数的计算模块、风资源图表的绘制与显示模块、生成风资源评估报告模块。

　　2.1 数据的导入导出模块

　　对风能资源的评估是否准确是风电场建设能否取得良好效益的关键，而评估的准确性受到数据的直接影响。因此，要对气象站采集的数据进行处理，才能进行后续的分析和计算等工作。

　　由于气象站在内蒙古自治区各个地区不同风电场采集得到的数据以不同的格式存储，所以首先应把这些格式的数据读取到程序中来，然后将处理后的数据存储到相应的数据库中，以供后面风资源分析时对数据的查询，调用和计算。最后，将用户查询或计算得到的结果能以不同的文件格式导出，以供用户他用。

　　2.2 参数的计算模块

　　本软件提供对风资源的相关参数计算的功能。这是由于气象观测的数据量很庞大，用人力进行统计计算是很难实现的，采用本软件的参数计算功能可以使人们从对冗杂数据的统计、计算和分析中摆脱出来，同时方便了风况图表的绘制。另外，在风力发电行业中，Bladed是风机生产和性能测试的一个权威性软件，它在进行风电机测试和仿真时需要很详细的风能参数，本软件将为Bladed提供这些参数，方便用户的使用。也就是为风电机组的设计、生产和测试提供重要参数。

　　能够使用本软件进行计算的风资源参数包括：(年、月)平均风速，风速频率，风向频率，风切变指数，(平均、有效)风功率密度，weibull下的(平均、有效)风功率密度，风能方向频率，年有效风能，年有效小时数，湍流强度等。提供的Bladed参数有：时变风，风剪切指数，湍流风，风向，风向倾角，尾流水平偏移量和垂直偏移量，尾流半宽，尖速比等。

　　2.3 风资源图表的绘制与显示模块

　　利用二维曲线、直方图、饼图、表格等来反应风资源参数的变化关系，可以使用户很直观、明了的看到各参数的关系，有利于表现某地某时的风况。本软件绘制的风资源图表包括风能玫瑰图，风向玫瑰图，weibull曲线，风速和风功率(年、日)变化图等。

　　2.4 生成风资源评估报告模块

　　本软件可以根据风资源参数的计算和生成的风况图表等自动生成内蒙古自治区某一地区的风能资源评估报告，报告符合《全国风能资源评价技术规定》。报告内容包括气候状况综述;整体风能资源评价(即评价区域的整体风能资源状况)，局部特征及其气候成因分析;风能资源储量、技术可开发量;风能资源数据库所涉及到的数据项目等内容。　　报告的格式按照统一格式编写，由封面、封底、说明、正文、图表、附件等部分组成。

　　3 系统实现

　　3.1 数据库的建立

　　本软件评估所用的数据是内蒙古自治区内各地区气象站的实测数据，因此要根据用户需要动态创建数据表。用户动态创建数据表要在以下两个基本表的基础上创建：city表：(cityID，cityName);site表：(siteID，siteName，cityID)。

　　3.2 数据的导入导出

　　测风塔输出的数据一般以TXT格式存储，要利用C#程序完成对TXT文件的读取并显示在窗体中，随后导出到SQL数据库中。读取TXT文件时，用 OpenFileDialog控件打开文件并获取其路径，再利用StreamReader类按行读取打开的TXT文件中的内容，然后用String类中的 Split()方法截取读取的数据字符串并将结果存入DataTable中，最后通过DataGridview控件显示在窗体上。接着将数据导入到数据库，利用SqlConnection类创建数据库连接，创建SqlCommand对象来执行SQL语句，可以将DataTable中的数据逐一存储到数据库中。

　　3.3 参数的计算与绘图

　　设计与开发风能资源评估软件既需要开发图形界面，方便用户使用，又要具有对数据的处理、统计和分析，以及绘制多种复杂风况图的功能。C#是一种很强大的语言，在运行速度、界面设计、开发效率等方面都很有优势，但它对数据统计和分析以及绘制复杂图形上略显不足;MATLAB具有强大的矩阵计算能力，可实现数值分析、优化、统计、仿真等若干领域的数学计算，但是MATLAB在开发图形界面上没有优势。因此，在编制风资源评估软件时，应结合C#程序设计语言与MATLAB进行集成开发。利用C#开发用户界面，利用MATLAB强大的数据可视化功能，实现了数据的可视化，使得数据的描述更为生动、直观，对风资源评估更直观、将分析的数据以图形的形式体现，整理。

　　4 结束语

　　本软件适用于内蒙古地区进行风能资源评估，更具有针对性，使用便捷，实现了较准确的风能资源评估。同时，这一软件也可以对其他地区的风能资源进行评估，为风场的宏观选址及微观选址提供重要依据。

　　参考文献：

　　[1]江泽民.对中国能源问题的思考[J].中国能源，2008(04)：5-6.

　　[2]贺德馨.实现风能中国梦[N].中国能源报，2013(23).

　　[3]陈祥.基于MATLAB的风资源评估[A].2011年云南电力技术论坛论文集[C]，2011.

　　[4]潘登，祁文军，宋长飞.基于VB设计的风能资源评估软件[J].计算机光盘软件与应用，2012(02)：177.

　　[5]宋长飞，祁文军，姜超.风资源评估软件[J].软件导刊，2011(10-11)：97-99.

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