[发明专利]一种基于等效粗糙度风电场建模方法、介质和设备

说明书

本发明还公开了一种基于等效粗糙度的风电场建模方法、介质和设备，包括以下步骤：根据目标风电场建立三维计算模型；在三维计算模型的入风口处放置风电机模型，得到有风机模型，对有风机模型进行求解获得有风机模型的出风口边界总动量；将有风机模型中的风电机模型删除，获得无风机模型，对无风机模型设置不同的地表粗糙度，直至无风机模型的出风口边界总动量与有风机模型的出风口边界总动量一致，则无风机模型当前地表粗糙度为等效粗糙度；根据目标风电场建立整场风电场模型，在整场风电场模型的每个风机位置处建立圆形区域，圆形区域的风电场地表粗糙度设为等效粗糙度，完成整场风电场建模。本发明提高了风电场设计的精度也具有良好的经济性。

技术领域

本发明属于可再生发电技术领域，具体属于一种基于等效粗糙度风电场建模方法、介质和设备。

背景技术

目前，在对风电场进行计算流体动力学模拟CFD，模拟时需要耗费大量的硬件资源和时间成本。往往在工程设计中难以进行细致的CFD模拟。而采用风电行业专业软件进行模拟又略显粗糙。

其中风电场的建模主要为风电场内风机的处理较为棘手，其建模方法一般采用实际模型建模、致动盘、致动线等方法。根据风机实际几何情况进行建模较为精细，但是增加了建模工作量，大大提高了对模拟计算硬件的要求，收敛性也变差。致动盘和致动线方法相较于实际几何模型建模法进行了一定程度的简化，在牺牲了模拟细节的基础上加快了收敛速度，但是其计算量仍然比较大，必须由有一定技术积累的专门的工程师来操作，还要具备一定规模的计算服务器才能开展计算工作，往往完成一次计算需要耗费数天的时间。对人力和计算资源的较高要求也导致了这种精细模拟只能停留在研究阶段，不能在风电场设计、微观选址等方面的日常业务中应用，目前日常业务中只能采用经过大幅简化的模型进行近似估算。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于等效粗糙度风电场建模方法、介质和设备，解决目前风电场建模难以平衡简化建模、加快收敛速度和计算量的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于等效粗糙度风电场建模方法，包括以下步骤：

根据目标风电场建立三维计算模型；

在三维计算模型的入风口处放置风电机模型，得到有风机模型，对有风机模型进行求解获得有风机模型的出风口边界总动量；

将有风机模型中的风电机模型删除，获得无风机模型，对无风机模型设置不同的地表粗糙度，直至无风机模型的出风口边界总动量与有风机模型的出风口边界总动量一致，则无风机模型当前地表粗糙度为等效粗糙度；

根据目标风电场建立整场风电场模型，在整场风电场模型的每个风机位置处建立圆形区域，圆形区域的风电场地表粗糙度设为等效粗糙度，完成整场风电场建模。

进一步的，根据目标风电场建立三维计算模型前，还包括以下步骤：

获取目标风电场的地形、风机排布和风机机型的信息；

根据目标风电场的地形、风机排布和风机机型进行参数化，根据参数化的目标风电场建立三维计算模型。

进一步的，三维计算模型为长方体的计算区域，长为5D，宽为3D和高为H+D，D为风机的直径，H为风机轮毂高度。

进一步的，根据目标风电场建立三维计算模型的具体步骤为：在目标风电场的任一风机位置处取一方形区域，以上述方形区域为目标建立三维计算模型。

进一步的，等效粗糙度的获取过程如下：

将有风机模型中的风机模型删除，仅保留三维计算模型，底部为风电场地形，获得无风机模型，逐渐调整无风机模型的地表粗糙度为不同值，直至无风机模型的出风口边界总动量与有风机模型的出风口边界总动量一致，则无风机模型当前的风电场地表粗糙度为等效粗糙度。