哈尔滨工业大学硕士学位论文
摘要
随着风电行业的快速发展，大量不稳定风能并网对电网运行造成了巨大的冲
击，而现有储能技术无法解决风力发电的波动性和随机性等问题，为实现风电场功
率输出的精确预测，提高风能利用率，本文基于WRF-CFD模式对风电场输出功率
预测展开研究，以山东蓬莱风电场为研究对象，基于WRF模式初步预测蓬莱风电
12124WRFCFD
场月日小时内风场变化，通过结合方法实现风场精细化模拟，
对风机功率特性开展研究，最终得到风电场输出功率并与实际对比，验证了本方案
的准确性。
首先，以山东省蓬莱地区风电场为研究对象，本文基于WRF模式和CFD方
法进行风功率预测方案设计。采用多尺度预测模型开展了针对该地区的数值天气
预报方法研究，研究了通过中尺度WRF模式嵌套高精度地形数据和气象数据，通
过一系列计算方案设置，利用WRF模式实现了对蓬莱风电场进行了初步预测。分
析风场预测结果，发现WRF预测风速与实际风速平均误差为10.53%，满足多数
15%
省份预测标准（短期≤），且能较为准确地反映出当日风场内风速的变化趋势。
其次，针对传统WRF模型难以实现复杂地形下风场精细化预测问题，研究了
中尺度WRF模式与小尺度CFD方法相结合的风电场精细化预测模式，并通过提
取风场内随机点风速随时间变化数据进行对比分析，验证了该模式的准确性。分析
风剖面数据，发现CFD方法可以在一定程度上克服传统WRF模式由于网格尺度
过大而无法准确预测复杂地形下低空风场分布特性的不足，在离地150m高度内
WRF-CFD模型更加准确，而在150m以上二者结果逐渐接近，总体来看WRF-CFD
模式小尺度预测风场的精度有了进一步提升。
最后，基于上文风场预测结果，开展了不同风场下风力机输出功率特性研究，
-
建立了风速功率曲线。在此基础上，研究风机尾流效应对输出功率的影响，提出
了适用于复杂地形下风机尾流修正公式，并通过CFD仿真验证了修正公式的准确
性。研究表明，本文提出的尾流修正公式可有效提高复杂地形下风功率预测精度，
功率预测误差由修正前的22.69%，减小为14.04%，满足我国风电场功率预测指标
17%WRF-CFD
要求（日前≤）。本文基于模式风电场输出功率预测方案能够满足
风电场功率预测需求，对风电场风功率的精确预测有着重要意义。
关键词：风功率预测；WRF-CFD模式；复杂地形；尾流修正
-I-
哈尔滨工业大学硕士学位论文
Abstract
Withtherapiddevelopmentofthewindpowerindustry,alargenumberofunstable
windenergyconnectedtothegridhascausedahugeimpactontheoperationofthepower
grid,andtheexistingenergystoragetechnologycannotsolvetheproblemssuchasthe
volatilityandrandomnessofwindpowergeneration.Inordertorealizetheaccurate
predictionofwindpoweroutputandimprovetheutilizationrateofwindenergy,this
paperstudiesthewindpoweroutputpredictionbasedonWRF-CFDmodel.Ta