[发明专利]一种山地高精度湍流风场重构方法、装置及计算机设备

说明书

本发明提供一种山地高精度湍流风场重构方法、装置及计算机设备，本方案通过风速计相位图法和PI控制法对来流进行寻优，能够寻找到真实的来流风向角和湍流度，使得数值模拟结果和实测结果相匹配，而解决了以往技术仅考虑了规范中固定的来流条件，使得数值模拟结果和实测不匹配的技术问题。

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种山地高精度湍流风场重构方 法、装置及计算机设备。

背景技术

双碳战略背景下国家积极推动风能开发进程，风能资源分布区域较大的中 东部和南部低风速区具有重要的发展意义。中东部和南部多为山地丘陵地貌， 风电场选址大多坐落于复杂山地，由于其地形效应明显、气象因素众多、湍流 结构复杂等因素，风资源分布具有显著的区域差异特征。因此，深入了解复杂 地形对大气流动的影响，准确评估风能资源在复杂地形的分布，对风电场选址、 准确计算装机容量以及评价整个风电场项目经济性具有重要意义。

基于实测的风资源评估是利用观测数据进行空间插值，采用统计方法考虑 未设置测风塔区域的平均风速，对于复杂地形风场，单个测风塔代表性不足， 很难准确估算出整个风场的风况分布；以计算流体力学为基础的风资源评估则 主要基于RANS对平均速度受地形效应进行修正，但上述常用方法无法准确预 测湍流度，同时风向难以准确考虑。

因此，需要一种能够获取与实测数据相匹配的来流风向及湍流度，确保数 字模拟准确重构风场的方案。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提出一种山地高精度湍流风场重构方法、 装置及计算机设备，

以解决现有技术中存在的对来流风向和湍流度的难以准确获取的技术问题。

一种山地高精度湍流风场重构方法，包括：基于CFD仿真，采用风速计相 位图绘制法优化来流风向角；基于CFD仿真，引入PI控制算法，优化湍流度。

在一个实施例中，基于CFD仿真，采用风速计相位图绘制法优化来流风向 角步骤之前，还包括：对复杂山地地形建模，并在CFD中进行来流仿真；将计 算结果进行预处理，并绘制风速计相位图。

在一个实施例中，所述对复杂山地地形建模，并在CFD中进行来流仿真步 骤，包括：对复杂山地地形进行建模；对所述建模划分网格，得到16个均匀覆 盖0-360度的来流方向的模型；在CFD中对所述模型进行CFD数值求解无量 纲流场。

在一个实施例中，所述将计算结果进行预处理，并绘制风速计相位图步骤， 包括：将数值计算得到的风速计处两个水平方向速度分量进行归一化处理，并 作为一个点坐标；绘制风速计相位图以建立起风速计处速度和边界速度之间的 粗略关系。

在一个实施例中，基于CFD仿真，采用风速计相位图绘制法优化来流风向 角步骤，包括：输入山地某一点P处的无量纲化实测风速，判断风速计相位图 中是否存在一个目标点与所述P点的风速相近；若存在，则将所述目标点作为 P点，实现对来流风向角的优化。

在一个实施例中，所述输入山地某一点P点处的无量纲化实测风速，判断 风速计相位图中是否存在一个目标点与所述P点的风速相近步骤之后，还包括： 若不存在，这将所述P点投影到距离所述风速计相位图最近的风速段；对所述 风速段进行端点插值处理，得到新的边界速度，进行CFD数值求解无量纲流场； 将所述新的边界速度的数值求解结果作为计算结果，迭代重复上述步骤，直到 风速计相位图中存在一个目标点与所述P点的风速相近为止。

在一个实施例中，所述基于CFD仿真，引入PI控制算法，优化湍流度步 骤，包括：将PI控制算法引入湍流计算中，并基于迭代次数、控制量、误差量， 计算湍流初始值；将所述湍流初始值与实测湍流值进行残差收敛判断，得到优 化后的目标湍流值。

在一个实施例中，PI控制算法的表达式为：