摘 要：基于內蒙古自治區(qū)風能資源豐富以及風能資源評估在風電場建設中的重要性，采用C#程序設計語言與MATLAB軟件進行開發(fā)，SQL Server 2008部署數據庫，設計與實現了內蒙古風能資源評估軟件。主要實現了數據導入導出，風資源評估參數的計算、圖表的繪制，以及生成評估報告等功能，滿足了基本的風資源評估工作的需要。

關鍵詞：內蒙古；風能資源評估；C#；MATLAB

中圖分類號：TP311.52

目前，能源問題和污染問題日益嚴峻。尋求無污染的可再生能源來替代化石燃料并推廣應用是世界能源發(fā)展的重大問題。在新能源中，風能具有蘊藏量大、可再生、無污染、不淹地、占地少、建設周期短、投資靈活、自動控制水平高、運行管理人員少等優(yōu)點。發(fā)展風力發(fā)電對解決電力短缺問題和環(huán)境問題有著重要的作用。在我國，內蒙古自治區(qū)具有豐富的風能資源風能儲量居全國各省區(qū)第一位，是我國21世紀重要的能源基地，風力發(fā)電的潛力很大。

風電資源開發(fā)和風電場建設的前提是風能資源評估。評估的水平和準確性直接影響著風電場的效益。目前，風資源評估普遍采用的是丹麥實驗室開發(fā)的WAsP（Wind Atlas Analysis and Application Program）軟件。它是行業(yè)標準的風資源評估軟件，其功能很強大，對于我國風電場的選址和風電開發(fā)具有重大的意義。然而每種評估軟件都有一定的適用性，WAsP是基于歐洲比較平坦的地形設計的，對簡單的地區(qū)比較適用，而內蒙古地區(qū)的地形相對復雜，這就導致了評估結果的偏差。因此，針對內蒙古自治區(qū)這一風能資源豐富但地形復雜的地區(qū)設計和開發(fā)一個使用靈活、計算精確、評估準確的風資源評估軟件就變得尤為重要。

1 軟件總體設計介紹

1.1 總體設計思路

在對內蒙古風能資源評估軟件的設計與實現中，采用Visio Studio 2010工具進行軟件開發(fā)，SQL Server 2008數據庫系統(tǒng)進行部署。首先利用C#程序將氣象站采集的地面氣象數據導入到數據庫中，再利用C#編程和MATLAB軟件實現對數據的計算和對風資源圖表的繪制，最后能夠將計算和分析結果導出并給出評估報表。預期達到的目標是：

1.1.1 根據內蒙古各地區(qū)風場的實測數據得到該地區(qū)的風切變指數等地形地貌參數，并針對內蒙古各地不同的地形分別做出評估。

1.1.2 將氣象站采集到的地面氣象數據或風場實測數據讀取進來作為軟件的原始數據，并對這些數據進行分析和計算，得出風能評估參數，Bladed參數和仿真隨機風的動態(tài)函數。

1.1.3 采用程序（C#和MATLAB及其他程序）之間無縫連接或相互調用的方法給出實時的動態(tài)數據圖和評估報表。

1.2 總體流程圖

1.3 開發(fā)工具介紹

C#是微軟開發(fā)的面向對象的、運行于.NET Framework之上的高級編程語言。C#簡單、功能強大、類型安全，可實現應用程序的快速開發(fā)。MATLAB是美國MathWorks公司出品的商業(yè)數學軟件，MATLAB可以進行矩陣運算、繪制函數和數據、實現算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語言的程序等。SQL Server是微軟公司開發(fā)的基于C/S的關系數據庫管理系統(tǒng)，它具有使用方便、可伸縮性好等優(yōu)點，也提供了與很多高級語言的接口。

2 系統(tǒng)功能概述

根據上述的風資源評估軟件的總體設計，其主要功能包括內蒙古自治區(qū)各地區(qū)（呼和浩特，包頭，烏海，烏蘭察布，通遼，赤峰，鄂爾多斯，巴彥淖爾，錫林郭勒，興安盟，阿拉善盟，呼倫貝爾等）數據的導入導出模塊、參數的計算模塊、風資源圖表的繪制與顯示模塊、生成風資源評估報告模塊。

2.1 數據的導入導出模塊

對風能資源的評估是否準確是風電場建設能否取得良好效益的關鍵，而評估的準確性受到數據的直接影響。因此，要對氣象站采集的數據進行處理，才能進行后續(xù)的分析和計算等工作。

由于氣象站在內蒙古自治區(qū)各個地區(qū)不同風電場采集得到的數據以不同的格式存儲，所以首先應把這些格式的數據讀取到程序中來，然后將處理后的數據存儲到相應的數據庫中，以供后面風資源分析時對數據的查詢，調用和計算。最后，將用戶查詢或計算得到的結果能以不同的文件格式導出，以供用戶他用。

2.2 參數的計算模塊

本軟件提供對風資源的相關參數計算的功能。這是由于氣象觀測的數據量很龐大，用人力進行統(tǒng)計計算是很難實現的，采用本軟件的參數計算功能可以使人們從對冗雜數據的統(tǒng)計、計算和分析中擺脫出來，同時方便了風況圖表的繪制。另外，在風力發(fā)電行業(yè)中，Bladed是風機生產和性能測試的一個權威性軟件，它在進行風電機測試和仿真時需要很詳細的風能參數，本軟件將為Bladed提供這些參數，方便用戶的使用。也就是為風電機組的設計、生產和測試提供重要參數。

能夠使用本軟件進行計算的風資源參數包括：（年、月）平均風速，風速頻率，風向頻率，風切變指數，（平均、有效）風功率密度，weibull下的（平均、有效）風功率密度，風能方向頻率，年有效風能，年有效小時數，湍流強度等。提供的Bladed參數有：時變風，風剪切指數，湍流風，風向，風向傾角，尾流水平偏移量和垂直偏移量，尾流半寬，尖速比等。

2.3 風資源圖表的繪制與顯示模塊

利用二維曲線、直方圖、餅圖、表格等來反應風資源參數的變化關系，可以使用戶很直觀、明了的看到各參數的關系，有利于表現某地某時的風況。本軟件繪制的風資源圖表包括風能玫瑰圖，風向玫瑰圖，weibull曲線，風速和風功率（年、日）變化圖等。

2.4 生成風資源評估報告模塊

本軟件可以根據風資源參數的計算和生成的風況圖表等自動生成內蒙古自治區(qū)某一地區(qū)的風能資源評估報告，報告符合《全國風能資源評價技術規(guī)定》。報告內容包括氣候狀況綜述；整體風能資源評價（即評價區(qū)域的整體風能資源狀況），局部特征及其氣候成因分析；風能資源儲量、技術可開發(fā)量；風能資源數據庫所涉及到的數據項目等內容。

報告的格式按照統(tǒng)一格式編寫，由封面、封底、說明、正文、圖表、附件等部分組成。

3 系統(tǒng)實現

3.1 數據庫的建立

本軟件評估所用的數據是內蒙古自治區(qū)內各地區(qū)氣象站的實測數據，因此要根據用戶需要動態(tài)創(chuàng)建數據表。用戶動態(tài)創(chuàng)建數據表要在以下兩個基本表的基礎上創(chuàng)建：city表：（cityID，cityName）；site表：（siteID，siteName，cityID）。

3.2 數據的導入導出

測風塔輸出的數據一般以TXT格式存儲，要利用C#程序完成對TXT文件的讀取并顯示在窗體中，隨后導出到SQL數據庫中。讀取TXT文件時，用OpenFileDialog控件打開文件并獲取其路徑，再利用StreamReader類按行讀取打開的TXT文件中的內容，然后用String類中的Split（）方法截取讀取的數據字符串并將結果存入DataTable中，最后通過DataGridview控件顯示在窗體上。接著將數據導入到數據庫，利用SqlConnection類創(chuàng)建數據庫連接，創(chuàng)建SqlCommand對象來執(zhí)行SQL語句，可以將DataTable中的數據逐一存儲到數據庫中。

3.3 參數的計算與繪圖

設計與開發(fā)風能資源評估軟件既需要開發(fā)圖形界面，方便用戶使用，又要具有對數據的處理、統(tǒng)計和分析，以及繪制多種復雜風況圖的功能。C#是一種很強大的語言，在運行速度、界面設計、開發(fā)效率等方面都很有優(yōu)勢，但它對數據統(tǒng)計和分析以及繪制復雜圖形上略顯不足；MATLAB具有強大的矩陣計算能力，可實現數值分析、優(yōu)化、統(tǒng)計、仿真等若干領域的數學計算，但是MATLAB在開發(fā)圖形界面上沒有優(yōu)勢。因此，在編制風資源評估軟件時，應結合C#程序設計語言與MATLAB進行集成開發(fā)。利用C#開發(fā)用戶界面，利用MATLAB強大的數據可視化功能，實現了數據的可視化，使得數據的描述更為生動、直觀，對風資源評估更直觀、將分析的數據以圖形的形式體現，整理。

4 結束語

本軟件適用于內蒙古地區(qū)進行風能資源評估，更具有針對性，使用便捷，實現了較準確的風能資源評估。同時，這一軟件也可以對其他地區(qū)的風能資源進行評估，為風場的宏觀選址及微觀選址提供重要依據。

參考文獻：

[1]江澤民.對中國能源問題的思考[J].中國能源，2008（04）：5-6.

[2]賀德馨.實現風能中國夢[N].中國能源報，2013（23）.

[3]陳祥.基于MATLAB的風資源評估[A].2011年云南電力技術論壇論文集[C]，2011.

[4]潘登，祁文軍，宋長飛.基于VB設計的風能資源評估軟件[J].計算機光盤軟件與應用，2012（02）：177.

[5]宋長飛，祁文軍，姜超.風資源評估軟件[J].軟件導刊，2011（10-11）：97-99.

作者簡介：徐寶清（1970-），女，內蒙古呼和浩特人，博士，碩士研究生導師，副教授，主要從事計算機應用和風力發(fā)電技術；吳婷婷（1990-），女，河南開封人，碩士，研究方向：計算機應用技術；李文慧（1983-），開發(fā)技術主管，碩士，主要從事風電場建設方面研究開發(fā)工作。

作者單位：內蒙古工業(yè)大學 信息工程學院，呼和浩特 010080；北京天潤新能投資有限公司華北分公司，呼和浩特 010010

基金項目：內蒙古工業(yè)大學重點項目（項目編號：ZD201227）。