[发明专利]一种基于改进Jensen模型的风力机尾流计算方法及系统

说明书

本发明实施例公开了一种基于改进Jensen模型的风力机尾流计算方法，包括：输入相关参数，根据尾流区风速径向分布的余弦模型，得到风速usubgt;x/subgt;与轴线风速usubgt;axts/subgt;的关系；根据尾流区半径的幂模型，得到风速轴向分布模型；根据所述余弦模型及所述尾流区半径的幂模型，得到改进Jensen模型；本发明实施例提供的基于改进Jensen模型的风力机尾流计算方法在估算风速的径向分布时，在近尾流区存在一定的误差，而在远尾流区非常接近实际情况；并且在估算风速的轴向分布时，在环境湍流强度较高的工况下，估算结果与实际情况非常接近。

技术领域

本发明涉及流体力学领域，特别是涉及一种基于改进Jensen模型的风力机尾流计算方法及系统。

背景技术

风电场的微观选址是整个风电开发项目的前期准备工作之一，风力发电机组的合理布置能够最大限度地利用风能、降低成本、延长机组寿命。风力发电机组尾流效应是影响风电场微观选址的重要因素之一。尾流效应是指风流经风力机后，风速的大小和方向发生变化。在风电场中，上游风力机的尾流区内风速降低，从而影响下游风力机的能量获取，降低输出功率；同时尾流区湍流强度增大，影响机组的气动特性、增大机组疲劳荷载，缩短机组寿命，还可能引起电能的波动，使电能质量降低。

目前风力机尾流的计算方法可以分为两类，分别是CFD数值模拟法和半经验尾流模型法。通过CFD数值模拟法计算风力机尾流，存在计算复杂，计算时间过长，难以满足实际工程需要的问题。而尾流模型由于具有理论性强、结构简单、计算时间短等优点，是风资源分析软件中最常用的方法。尾流模型的实质是用数学关系描述风力机尾流特性的一种方法，通过尾流模型计算出尾流区流场分布情况，获得风速、风向和湍流等信息，最终目的是研究尾流区内的其他风力机受尾流影响的情况。目前，实际工程中计算尾流区速度场最常用Jensen模型是一种基于动量理论提出的线性模型，假设风速沿径向为均匀分布状态，且未能考虑风速分布受湍流条件的影响，导致计算准确度较低。

发明内容

本发明提供一种基于改进Jensen模型的风力机尾流计算方法及系统，提高其尾流计算精度。

本发明一个实施例提供一种基于改进Jensen模型的风力机尾流计算方法，包括：

输入相关参数，根据尾流区风速径向分布的余弦模型，得到风速u_x与轴线风速u_axis的关系；其中，相关参数包括：第一空气流的相关参数、第二空气流的相关参数、第三空气流的相关参数、风力机相关参数及标准风速u₀；其中，所述第一空气流的相关参数包括：第一空气流速度u₁、第一空气压强p₁，所述第二空气流的相关参数包括：第二空气压强p₂，所述第三空气流的相关参数包括：第三空气流速度u_x、尾流区半径r_x，所述风力机相关参数包括：标准风轮半径r₀；

根据尾流区半径的幂模型，得到风速轴向分布模型；

根据所述余弦模型及所述尾流区半径的幂模型，得到改进Jensen模型。

进一步地，所述尾流区风速径向分布的余弦模型具体为：

其中，u_r为尾流截面内偏离尾流中心距离r处的风速大小，u_x为风速，u₀为标准风速，r_x为尾流区半径，r为尾流区横截面内某位置偏离尾流中心的距离，x为风轮下游轴向位置，Π为圆周率。

进一步地，所述轴线风速u_axis通过以下公式得到：

其中，u_x为风速，u₀为标准风速，Π为圆周率。