[发明专利]考虑湍流强度影响的抛物线形风电机组尾流模型计算方法

说明书

本发明属于风电场微观选址技术领域，尤其涉及一种考虑湍流强度影响的抛物线形风电机组尾流模型计算方法，包括如下步骤：S1：假设尾流区域半径线性增长，且紧邻风轮后方尾流区域半径与风轮相同，求得风轮后轴向距离x位置处尾流区域半径r；S2：假设风轮后轴向距离x位置处风速沿径向均匀分布，根据质量守恒得到均匀风速v*；S3：根据质量守恒和均匀风速v*，得到轮毂高度水平面上任意点风速v；S4：考虑尾流区域湍流强度对尾流恢复系数k的影响，参考叶片旋转附加湍流强度计算经验公式，得到尾流恢复系数k的计算公式；S5：将尾流恢复系数k代入风速v计算公式，得到风电机组尾流区风速分布的经验尾流模型。

技术领域

本发明属于风电场微观选址技术领域，尤其涉及一种考虑湍流强度影响的抛物线形风电机组尾流模型计算方法。

背景技术

能源短缺和环境污染问题日益严重，风能作为一种可再生清洁能源得到越来越多地应用。陆上和海上风电场逐渐建成投产，许多问题也随之而来，其中，下游风电机组发电量受上游风电机组尾流效应影响的问题极为突出。风电机组尾流效应主要导致尾流区风速降低，造成尾流区内风电机组发电量损失。风电场微观选址和风电场功率预测都需要考虑尾流效应的影响。

工程应用中，需要利用结构简单、计算时间短且计算精度较高的尾流区风速计算模型来量化尾流效应对发电量的影响。准确的尾流模型建立将有助于风电场的微观选址从而提高风电场经济效益以实现风资源的高效利用。商业软件采用的经验尾流模型主要有Jensen、Larsen、Ainslie模型等，其中，Jensen模型结构最简单，对于尾流区风速沿径向均匀分布的假设与实际相差较大，且未考虑环境湍流强度对尾流恢复的影响，低估了尾流区域风速恢复情况；Larsen模型假设风速沿径向呈高斯分布，但高估了风速恢复情况，尤其在近尾流区精确度较差；Ainslie模型采用涡漩粘性理论求解N-S方程得到尾流区风速分布，计算精度较高但计算时间长。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种考虑湍流强度影响的抛物线形风电机组尾流模型计算方法。

一种考虑湍流强度影响的抛物线形风电机组尾流模型计算方法，包括如下步骤：

步骤1：假设尾流区域半径线性增长，且紧邻风轮后方尾流区域半径与风轮相同，求得风轮后轴向距离x位置处尾流区域半径r；

步骤2：假设风轮后轴向距离x位置处风速沿径向均匀分布，根据质量守恒得到均匀风速v*；

步骤3：根据质量守恒和均匀风速v*，得到轮毂高度水平面上任意点风速v；

步骤4：考虑尾流区域湍流强度对尾流恢复系数k的影响，用抛物线函数描述风速沿径向变化规律，参考叶片附加湍流强度计算经验公式，得到尾流恢复系数k的计算公式；

步骤5：将尾流恢复系数k代入风速v计算公式，得到风电机组尾流区风速分布的经验尾流模型。

优选的，所述经验尾流模型为抛物线尾流模型。

优选的，所述尾流区域半径r＝r₀+kx：其中，r₀为风轮半径。

优选的，所述尾流区域湍流强度包括环境湍流强度和叶片旋转附加湍流强度。

一种采用上述方法计算风电机组尾流区风速分布的经验尾流模型的方法，包括以下步骤：

步骤1：确定参考坐标系，以风轮中心为坐标原点，风轮旋转轴为x轴，径向为y轴，得到轮毂高度水平面各点位置坐标；

步骤2：根据来流风速，对照机组推力系数随风速变化曲线得到机组该工况下推力系数；

步骤3：将各输入参数代入抛物线尾流模型，得到轮毂高度水平面任意位置处风速值。

优选的，所述x轴方向平行于来流方向，所述y轴方向垂直于来流方向。