[发明专利]风机与尾流投影面积叠加计算方法及装置

说明书

本发明提供了一种风机与尾流投影面积叠加计算方法及装置。所述方法包括：将风机的覆盖面等效为风机圆形，并将尾流的覆盖面等效为尾流圆形；将风机圆形及尾流圆形投影至相同平面；根据风机圆形与尾流圆形之间的相对位置关系计算叠加部分的面积。本发明提供的风机与尾流投影面积叠加计算方法及装置提出了全面的叠加面积计算模型，能够提高尾流计算的准确性。

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，特别是涉及一种风机与尾流投影面积叠加计算方法及装置。

背景技术

随着风电行业的发展，为了追求经济效益最大化，人们期望风电场中放置尽可能多的风机以提高发电量。陆上风场，尤其是海上风场，越来越多的大型风场已经建立或在规划之中。陆上大型风场，以及大多呈阵列排布的海上风场中，相当多数的风机都处在上游风机的尾流影响区域内工作，下游风机输入的是经过上游风机折减的尾流而非环境风，不但造成了发电量的降低，还增大了湍流度和疲劳载荷，尾流效应是风电场规划设计中需要考虑的重要因素。

在计算上游风机对下游风机的影响时，由于下游风机未必恰好处于上游风机的尾流中心处，故而常需要计算上游风机的尾流与下游风机的叠加面积。在计算风场内某一点的流速时，由于其常处于两台风机的尾流的共同影响之中，为了确定这个共同作用区域，也需要计算两台风机尾流的叠加面积。风机、尾流影响区的几何模型在研究中被假设为圆形，于是问题的核心是计算两个圆形的叠加面积。在科研文献和日常工作中，往往以简单的两个圆的边缘叠加来计算面积，这样做在科研中或是在简单地分析中可以接受，但是在需要针对各种风向作用下的中大型风电场进行准确发电量计算时就显得过于粗略了。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种风机与尾流投影面积叠加计算方法及装置，能够提高尾流计算的准确性。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种风机与尾流投影面积叠加计算方法，所述方法包括：将风机尾流的覆盖面等效为圆形；将两个代表不同风机尾流的覆盖面的圆形投影至相同平面；根据两个圆形之间的相对位置关系计算叠加部分的面积。

在一些实施方式中，风机圆形与尾流圆形之间的相对位置关系，包括：风机圆形完全在尾流圆形内、风机圆心在两圆交线的内侧、风机圆心在两圆交线与尾流圆形组成的弓形内、风机圆心在尾流圆形之外。

在一些实施方式中，当风机圆心与尾流圆心之间的间距d与风机圆形的半径r、尾流圆形的半径R之间满足d≤R-r时，风机圆形完全在尾流圆形内部，此时，叠加部分的面积按照如下公式计算：

S_int＝S_r

其中，S_int为叠加部分的面积，S_r为风机圆形的面积。

在一些实施方式中，当风机圆心与尾流圆心之间的间距d与风机圆形的半径r、尾流圆形的半径R之间满足时，风机圆心在两圆交线的内侧，此时，叠加部分的面积按照如下公式计算：

S_int＝πr²+θ_RR²-(d+x)²tanθ_R-θ_rr²+x²tanθ_r

其中，S_int为叠加部分的面积，θ_R是叠加部分对应在尾流圆形内的圆周角，θ_r是叠加部分对应在风机圆形内的圆周角，x是风机圆形与尾流圆形的两个交点之间的间距的一半。

在一些实施方式中，当风机圆心与尾流圆心之间的间距d与风机圆形的半径r、尾流圆形的半径R之间满足时，风机圆心在两圆交线与尾流圆形组成的弓形内，此时，叠加部分的面积按照如下公式计算：