[发明专利]基于三维尾流模型修正风电机组尾部风速功率特性评估法

说明书

本发明提出了一种基于三维尾流模型的修正风速的方法，据修正后的风速进行风电机组功率特性的评估。本发明功率特性评估方法立足于：利用计算流体力学修正受尾流影响的风速，然后根据对应的功率绘制出功率曲线。

技术领域

本发明涉及一种基于CFD技术的三维尾流模型修正风电机组尾部风速的功率特性评估方法，属于风力发电机组功率特性评估技术领域。

背景技术

近年来由于能源紧张及环境恶化，人们越来越关注清洁可再生能源，与此同时，我国出台了一系列的政策扶持发展新能源产业。中国风电产业借此发展迅速，中国的风电装机总容量激增，导致一系列与此配套的措施滞后，其中，对风电机组进行功率特性评估就是一方面。

功率特性是风电机组的重要的基本属性，它直接关系到风电机组的经济技术水平。目前对功率特性测试的方法一般采用IEC61400-12。然而此项试验必须进行足够长时间的测量，并且建立在有效的包含足够信息量的统计数据之上。IEC标准对地形及测风塔的安装有严格的要求。但是某些地形复杂的风电场，很可能无法或是较为困难进行这种方式的试验，即使能够进行测试，对于具有几十台甚至几百台的风电场也不可能逐一进行IEC标准风功率特性测试，若进行必将耗费大量的人力物力财力。

IEC标准针对风电机组功率特性测试难以广泛使用，上风向水平轴风力发电机组机舱尾部上方一般都会有风速计，在风电机组运行过程中，SCADA监控系统会根据这个风速计及对应的功率进行动态采样，自动绘制该机组的功率曲线。然而，安装在风电机组尾部的风速计所测得风速是受到风轮尾流影响的风速，由于风速的微小偏差会造成功率很大的偏差，所以用受尾流影响的风速进行功率曲线的绘制必存在着较大的误差。

风电机组的尾流效应是在风电机组运行的风电场中，初始来流风受到旋转的风轮的作用后，发生方向与速度的变化的影响。来流风通过风电机组叶轮时，对叶轮风作用的旋转力矩会向叶轮后的空气施加一个力矩，这两个力矩等值且相等。这个施加的力矩会使风轮后的空气沿着与风轮对应的方向旋转。由此，风电机组叶轮后的空气微粒会受到两个力的作用，一个力的方向与空气来流方向相同，另一个力的方向为旋转的切向，这两个力的合力就是风电机组尾流形成的动力，它使风力机后的空气形成涡流。由于空气中大气微粒的不规则运动，使涡流在尾流形成的方向上横向扩散，其扩散程度与大气的稳定程度有关。

基于计算流体力学(computational fluid dynamics，CFD)理论的三维尾流模型能够精确模拟风轮后尾流状况。

发明内容

发明目的

为解决上述问题，本发明提出了一种基于三维尾流模型的修正风速的方法，据修正后的风速进行风电机组功率特性的评估。本发明功率特性评估方法立足于：利用计算流体力学修正受尾流影响的风速，然后根据对应的功率绘制出功率曲线。

技术方案：

一种基于CFD三维尾流模型修正风电机组尾部风速的功率特性评估方法，其特征在于：该申请利用三维尾流计算模型进行操作，三维尾流计算模型考虑到大气环境及风电机组叶轮扰动造成气流分布不均匀，采用修正的k—ε湍流运动模型进行闭合运算，同时利用Monin-Obukhov长度并结合地表粗糙度来描述大气稳定度，基于非均匀的来流风经过转动的叶片时的空气动力学特性进行建模，该模型把不同方向的平均风速、平均湍流以及平均压力作为自变量，对湍流项采用不同的方法进行分解，并设定上边界、侧边界、地面边界以及进出口边界条件，求解基于Reynoldsaver平均的纳维-斯托克斯方程得到流场中各网格点处的参数值。