WindPRO软件应用详解

WindPRO是世界著名风能咨询公司——丹麦EMD公司开发的风电场规划设计软件，目前的最新版本是2.7。WindPRO已成为使用最广泛、用户界面最友好的风资源分析与风电场设计软件之一。全世界有900多家公司、机构包括主要的风电机组制造商、开发商、工程公司、电网公司、政府规划部门和研究机构都在使用该软件。WindPRO的典型界面如图2-9所示。

WindPRO是基于对象的模块化软件，除了基本的BASIS模块外，用户可根据需要和预算自由选择模块。WindPRO目前以WAsP和WindSIM等为计算引擎，相对于单独使用WAsP、WindSIM等软件，WindPRO具有以下优点：

1）方便灵活的测风数据分析手段，用户可以方便地剔除无效测风数据，并对不同高度的测风数据进行分析比较，寻求相关性，评价测风结果。

2）考虑风电机组尾流影响的风电场发电量计算，并提供了多种尾流模型。

3）风电机组实际位置的空气密度计算，修正标准条件下的风电机组功率曲线。

4）风电场规划区域的极大风速计算。

5）几乎涵盖了市场上所有风电机组，并不断更新的风电机组数据库，包括功率曲线、噪声排放及可视化信息。

6）区域化表示的粗糙度描述方法，避免了粗糙度线相交导致的错误。

7）短期测风数据的长期相关性分析。

8）兼容多种数字化资源文件，如卫星照片、SRTM（Shuttle Radar Topologi-cal Mission，航天飞机雷达地形测绘使命）等高线数据等，为描述规划风电场外围10km的粗糙度与等高线提供了便利。

9）直接下载指定区域的全球可用长期参考风数据——NCEP/NCAR数据。

10）输出可用于复杂地形风资源分析软件（CFD）的粗糙度、等高线等文件。

WindPRO软件包由针对不同目标的模块组成，用户可根据需求和预算自由组合模块。

图2-9 WindPRO软件界面图

1.基础模块BASIS

WindPRO的基础模块是其他计算模块的基础，包含以下要素：

1）工程管理：有效的工程管理工具。

2）风电机组目录：该目录是世界上最综合、信息量最全的风电机组目录。风电机组目录中包含了700多种不同类型风电机组的数据。这些数据是EMD公司在过去很多年中收集来的。数据库还将不断更新，并支持用户定义自己的风电机组数据。

3）地图管理系统：地图管理系统是一个将用户扫描的地图以及来自互联网或其他数字资源的地图输入到WindPRO的工具。通过该工具将地图转化为数字背景地图，可在其上面进行工程操作和数据输入。

4）工程设计/数据输入：通过基础模块用户可建立用于计算的工程。

5）各种具有特殊用途的工具，如根据背景地图的不同颜色，对等高线数据进行高级数字化；用于修正和调整数据的工具；包含风电机组和测风塔的地形剖面描述；用于检查场址海拔高度的快速剖面工具；为报告创建带有指定分辨率和图例的地图的地图设计器等。

6）在线数据服务的免费接口：NASA的SRTM数据——覆盖全世界大部分区域的等高线；不同来源的粗糙度数据；卫星地图（世界范围）；其他可用作背景的地图；NCEP/NCAR全球风数据（只与MCP模块链接）。

7）输出工具：只需要点击一次鼠标，就可将风电场项目中的风电机组、合成照片或风资源地图等真实地呈现在Google Earth上。

2.风资源地图模块ATALS

风资源地图模块是基于风资源地图法的发电量计算模块。该方法根据给定的地形描述、风资源统计与功率曲线计算发电量。相对于使用WAsP模型的高级计算，该方法采用比较简单的模型计算山丘与障碍物影响。因此，建议该方法用于地形比较简单的情况。除此之外，ATALS模型与欧洲风资源地图（European Wind Atlas）描述的WAsP模型相似。

3.气象模块METEO

气象模块具有两项功能：导入、分析和显示测风数据（风数据筛选）；根据现场测风数据计算单台风电机组的发电量（未使用流体模型，如WAsP）。

气象模块的数据处理功能得到了广泛认可。它几乎可以读取所有类型的风资源数据，将它们整理成时间序列、频率表格，进而得到威布尔参数。通过该模块，用户可以检查时间序列，绘制散点图、风向分布图、日平均图等。可以在一个图中对不同高度的时间序列进行比较，并通过选择过滤器或直接观察，将选定数据设为无效，从而很容易识别和剔除错误数据。来自所有主要记录仪制造商的数据都可以方便地导入气象模块。经过筛选的风数据可通过WAsP接口模块以及WAsP软件计算风统计（清除了当地地形影响的风数据）。

气象模块包含特殊的风廓线分析功能，用户可以指定昼/夜和季节变化，并直接进行测量数据和WAsP计算结果的比较。使用综合的风剪切分析工具，可以很方便地进行剪切并将其粘贴至Microsoft Excel或其他的电子表格程序中。

气象模块还包括气象分析器工具，该工具可以对不同测风塔的数据、不同测量高度和不同测风塔的替代数据进行图形比较，对不同测风塔的测风数据和基于不同测风塔和/或不同高度的交叉预测风数据进行图形比较。

4.WAsP接口模块

WAsP接口模块用于连接WindPRO与Risϕ的WAsP程序。相对适用于简单地形的风资源地图模块，WAsP接口模块允许加入等高线和自由定义的障碍物。所有数据都在WindPRO中输入，而接口模块将WAsP程序作为“计算引擎”，根据风统计和地形描述计算风速分布。要运行这一模块，需要在计算机硬盘中安装WAsP程序。(https://www.xing528.com)

5.MCP模块

MCP（测量-相关-预测）模块根据现场实测数据与长期参考数据的相关性对实测数据进行长期修正。该模块包含四种最常用的MCP方法：线性回归、矩阵、威布尔尺度与风指数法。在该模块中，用户可以下载NCEP/NCAR风资源数据。NCEP/NCAR风资源数据库中包含从1948年至今的分辨率为2.5°（经/纬度）的风资源数据。如果用户需要更好的参考数据，可将NCEP/NCAR风资源数据直接导入气象对象，作为长期参考数据。MCP分析的“最终结果”是根据地形描述与长期修正后的现场数据，应用WAsP计算得到的风统计。该风统计可直接用于风电场计算或风资源地图计算。对于非WAsP用途或进行进一步的分析，也可将长期修正后的现场数据按照时间数列导出。MCP模块的一个非常强大的功能是对现场数据与同时期预测数据的图形比较。该预测数据根据长期参考数据与四种方法中任意一种方法计算得到的传递函数求得。

6.CFD接口模块

目前，CFD接口模块用于连接WindPRO与挪威CFD（计算流体力学）WindSIM模型。WindSIM模型适用于山区与非常复杂地形的发电量计算。所有数据的输入都在WindPRO中完成。输入数据通过接口导出到WindSIM。WindSIM处理完数据后，流体模拟结果再导入WindPRO中，由WindPRO利用WindPRO的风电场模型以及基于WindSIM流体模拟的风电机组数据完成风电场的发电量计算。将来还将添加其他CFD模型的接口。

7.风电场模块PARK

风电场模块是一个非常灵活的工具，可以计算单个或多个风电场的发电量。该模块对计算用数据的输入方式基本没有限制。风电机组可以输入为已有风电机组和新建风电机组，并可包含在同一计算中，而打印输出时又可分别输出。如果需要，还可以自动计算已有风电机组对新建风电机组发电量的影响。同一计算中对风电机组类型或轮毂高度没有任何限制。利用WindPRO的图层结构，可以方便快速地比较不同风电机组排布。风电场模块包含许多不同的尾流损耗模型和工具，用于高级的湍流和RIX计算。最后，PARK模型还可以计算风电场的功率曲线。

8.资源模块RESOURSE

资源模块用于计算选定区域、设定分辨率的风资源地图。该计算需要WAsP程序并将计算结果写入一个RSF文件中，RSF文件包含每个风向和高度的威布尔分布的A参数和K参数。计算带有大量粗糙度和等高线文件的大型区域时，WindPRO可自动输入粗糙度与等高线文件，这样就可避免直接使用WAsP时过多的手动操作。计算结果可按照指定的风电机组容量表示为m/s、W/m²或MWh/年。

9.优化模块OPTIMIZE

优化模块包括两种不同的方法，两种方法可以独立或组合使用。

1）风电场设计方法。该方法适用于对风电机组的几何排布（例如，各行互相平行且各行中风电机组间距相等，如海上风电场，也可处理弧形排列）有严格要求的情况。程序根据大量不同参数（如角度、距离、列偏置等）自动生成阵列。场址边缘可数字化，将风电机组排布限制在固定区域内。最佳排布一旦建立，发电量计算、噪声影响、视觉影响等计算将快速、高效执行。每个计算结果都可导出到数据表，经过处理后找出最经济的排布方案。

2）根据指定风电场区域总发电量自动优化风电机组排布。优化过程会根据周围对象的距离要求，自动调整风电机组排布。

10.噪声模块DECIBLE

噪声模块使噪声计算工作大大简化。计算可以同时包含已有和新建风电机组，也可以定义噪声敏感位置以及用多边形表示的噪声敏感区域。如果已知，模块中还可以输入无风电机组时的初始背景噪声水平，然后计算由风电机组产生的噪声。可以执行不同国家的计算模型。

11.阴影模块SHANDOW

阴影模块计算指定受体或给定区域单台或多台风电机组产生的阴影闪变影响的年小时数。作为计算的一部分，该模块首先执行视觉影响区域计算，检查受体与风电机组之间有无视觉冲突。该模块可以计算基于最大可能影响的最坏情况以及实际情况（根据天气统计）。计算输出中可包括针对每个受体的阴影闪变日历，也可计算针对每台风电机组的阴影闪变日历，计算结果可直接导出并应用于风电机组的控制系统中。

12.视觉影响区域模块ZVI

通过ZVI模块，用户可以分析风电机组的远距离视觉影响，评估多少组风电机组会对某地区造成视觉影响。ZVI计算中可以包括森林、村庄以及其他元素。该模块还可以计算指定区域内多个风电场的累积影响以及随距离增加影响减少的情况。

13.环境影响模块IMPACT

环境影响模块整合了噪声、阴影、ZVI以及照片合成模块的计算，对每一个独立邻居提供一份计算结果。该模块可以告诉规划风电场周围的邻居工程可能给他们带来的环境影响。该模块生成的精确信息往往可以避免附近居民对新工程的不必要的反对和抗议。

14.照片合成模块PHOTOMONTAGE

照片合成模块用于创建尚未建成的风电机组工程（或其他工程）的可视化。该模块可用于评估不同的工程方案，与规划专家、附近居民等进行讨论，对工程进行调整使之尽量满足景观要求。

15.动画模拟模块ANOMINATION

照片合成创建以后，工程的动画模拟只需在该模块中点击三次鼠标就可完成。完成动画模拟后，风电机组叶片可以在计算机屏幕上按照适当的速度旋转。为了在互联网上发布，文件可以导出为GIF或者其他格式。利用动画模拟模块，可以得到风电场中风电机组动态效果的真实表现。

16.三维动画模拟模块3D ANOMINATOR

三维动画模拟用于对一些给定的风电机组或三维对象（如测风桅杆、房屋、森林）进行虚拟现实（VR）模拟，人造景观可根据等高线进行渲染，表面由纹理覆盖（如地图、航拍照片或其他纹理），以上操作可以给出景观的真实描述。渲染完成后，可以在虚拟的三维环境中自由移动。移动操作可以通过键盘、鼠标或操作杆控制。虚拟现实模拟与外部播放器可以作为电子邮件或刻录在光盘上散发，这样任何人都可以到风电场进行虚拟旅游。

17.eGRID模块

eGRID模块用于风电机组接入电网的设计和计算。该模块可计算以下内容：①基于当地风况的电缆和变压器年损耗；②电缆与变压器的设计检验（负荷为容量的百分数）；③根据两个自由定义或自动定义的负荷情况得到的稳态电压变化；④短路容量与短路电流；⑤电压波动（长期闪变）；⑥开关效应引起的电压变化；⑦根据电力公司的要求，对计算结果的核查；⑧用于成本计算的电缆与元件列表，包括电缆长度与开挖长度，并考虑地形和坡度影响。

18.规划模块WindPLAN

规划模块用于整个地区风电机组的空间规划。规划模块是对规划者和开发商都适用的综合工具，用来在一个区域内确定风电场场址。规划是一个复杂的过程，规划模块提供了多个工具引导用户完成这个过程，从基于距离要求的冲突检验计算到风资源按景观敏感度的高级加权。规划阶段的可视化计算是只有规划模块才具备的全新的强大特性。

19.经济性模块WINDBANK

经济性模块简化了财务计算或风电机组/风电场投资经济可行性计算。该模块的灵活特性使用户可以根据不同国家的具体条件对计算加以组合。该模块的强大之处在于数据处理与关键图形均按照风电工程的要求进行了特殊设计。