[发明专利]一种基于尾流效应的风电场优化控制方法

说明书

本发明公开了一种基于尾流效应的风电场优化控制方法，基于Jensen尾流模型，分析尾流风速影响因素，最终确定风力机推力系数能够优化风力机的功率输出；具体讲，根据风力机尾流特性，建立风力机尾流速度叠加模型，再利用数值拟合方法对风力机的推力系数与风能利用系数进行数值拟合，并将拟合结果与Jensen尾流模型进行衔接，将风力机输出功率模型进行细化，得到其优化模型；本发明还可以利用可视化方法检验不同风速下，加入控制优化算法后，风电场输出总功率的变化情况，与自然状态下输出总功率进行对比，说明控制算法的有效性。

技术领域

本发明属于风电功率优化控制技术领域，更为具体地讲，涉及一种基于尾流效应的风电场优化控制方法。

背景技术

随着传统能源的不断减少，风能作为一种可循环利用的能源越来越受到人们的关注。对于风资源的利用，最普遍的是利用风机进行发电，将风能转化为人们可以直接使用的电能。在风电场中，当平稳的气流吹过风机叶片带动风力机转动，由于风力机的转动以及叶片的阻挡作用，在风力机下风向产生尾流效应。在尾流区域，所产生的湍流、涡流等现象，会影响下游风电机组的发电量以及降低风电机组的使用寿命，若控制不当，不仅降低风资源利用率，也会使得风电场的整体效益降低。

研究风力机尾流效应的方法，通常有两种不同的方向。一种是根据实验数据得出的半经验尾流模型，在不考虑湍流等影响因素的情况下，认为风机尾流区域是按照线性向外扩张，建立了Jensen模型和Lissaman模型。一种是基于N-S方程的CFD(ComputationalFluid Dynamics)尾流模拟计算，该方法考虑了实际情况下的湍流等空气流动因素，可以较为精确地计算出风力机尾流风速分布情况，但是计算量非常大，对计算速度要求很高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于尾流效应的风电场优化控制方法，在某一风向下，对风电场风力机串行分布的机组，通过控制风力机推力系数来提高风电场的输出功率。

为实现上述发明目的，本发明一种基于尾流效应的风电场优化控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、基于Jensen尾流模型，计算第i台风力机距离风力机后方x处的尾流风速

其中，R为风力机的风轮半径，为第i台风力机的推力系数，v₁表示第一台风力机处的风速，k为尾流下降系数；

(2)、根据风力机尾流特性，建立风力机尾流速度叠加模型；

其中，v_n表示第n台风力机处的风速，γ(n,i)表示第i台风力机对下游第n台风力机的尾流影响因数；

(3)、利用数值拟合方法将第i台风力机推力系数和风能利用系数进行拟合；

其中，c₁、c₂、c₃、c₄、c₅为风能利用系数；

(4)、建立风力机输出功率模型；

(4.1)、将代入风力机尾流风速叠加模型中，得到：

其中，v_i表示第i台风力机处的风速，表示第i台风力机与第n台风力机之间的距离；

(4.2)、当风电场所有风力机正常工作时，则风电场第n台风力机的输出功率P_n为：

其中，表示第n台风力机的机推力系数和风能利用系数进行拟合后的系数；ρ表示空气密度；S表示风力机叶轮面积；