[发明专利]基于空间变化的动态双高斯风力机尾流风速的计算方法

说明书

本发明公开了一种基于空间变化的动态双高斯风力机尾流风速的计算方法，确定风力机转轮直径、推力系数，计算初始尾流半径；采集风力机来流风速，确定初始尾流膨胀系数、幂指数以及尾流风速极小值点相对轮毂中心线的径向距离，计算有效转轮直径；将风力机尾流区划分为紧邻转轮的尾流区、近尾流区和远尾流区，确定对应的尾流膨胀系数、幂指数，结合初始尾流半径，计算尾流半径分布；建立轮毂中心线两侧的尾流单边高斯廓线分布函数，计算尾流双高斯分布廓线；联立流过转轮的平均动量流量方程和推力计算公式，计算最大归一化速度衰减，进而计算尾流区速度衰减，确定尾流区速度分布。本发明提高了在全尾流区内计算尾流风速分布的准确性。

技术领域

本发明属于风电机组尾流计算技术领域，具体涉及一种基于空间变化的动态双高斯风力机尾流风速的计算方法。

背景技术

随着风力发电领域的发展，风电场的建设往往伴随着在有限的建设面积内尽可能多的安放风电机组设备，这一现象对使得风力机极易受到相邻的一台或多台风力机的尾流影响，给风电场发电效益带来不利。针对此问题，有必要对风电场内的尾流效应及对尾流效应的应对措施进行研究。而使用简单可靠的工程尾流模型能快速准确地预测尾流区速度分布，为风电场性能优化提供保障。但使用工程尾流模型精确计算尾流风速分布，必须对影响尾流发展的物理因素进行研究分析。一维Jensen模型为经典工程尾流模型，由Jensen[1]基于质量守恒提出，并由Katic等人进行改进。尽管一维Jensen模型能较为准确地反映尾流区风速衰减，但一维Jensen模型所得的尾流风速分布呈顶帽状，并认为尾流区风速与下游距离呈线性关系，与尾流区风速分布真实情况并不相符。Gao等人在一维Jensen模型的基础上，采用高斯函数描述尾流区速度分布，进一步得到二维Jensen-Gauss尾流模型[2]。Tian等人采用与高斯曲线类似的余弦曲线描述尾流区的速度衰减形状构造了二维尾流模型，并对一维Jensen中的尾流衰减系数k进行修正，得到了2D_k Jensen模型[3]。Keane构造了一个全流场内尾流风速呈对称性分布的二维双高斯尾流模型[4]。

以上文献报道的尾流模型均认为尾流在任意下游距离上呈对称性分布，但由CFD尾流模拟结果及实测结果表明，风力机转轮面与来流风的不对准、风力机变桨或风力机转轮转动以及塔影效应等因素造成的尾流中心两边的风速损失不均，使得近尾流区风速分布呈现不对称的双高斯分布。

[1] Jensen NO. A note on wind generator interaction. Roskilde,Denmark: Risø National Laboratory,1983.

[2] Gao XX, Yang HX, Lu L. Optimization of wind turbine layoutposition in a wind farm using a newly-developed two-dimensional wake model.Appl Energy 2016;174:192–200.

[3] Tian LL, Zhu WJ, Shen WZ, Zhao N, Shen ZW. Development andvalidation of a new two-dimensional wake model for wind turbine wakes. J WindEng Ind Aerodyn 2015;137:90–9.

[4] Keane A. Advancement of an analytical double-Gaussian full windturbine wake model, Renewable Energy, 2021;171;687-708。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于空间变化的动态双高斯风力机尾流风速的计算方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于空间变化的动态双高斯风力机尾流风速的计算方法，具体步骤如下：