[发明专利]一种风力机三维非均匀偏航全尾流模型

说明书

本发明涉及风场数据分析技术领域，具体而言，涉及一种风力机三维非均匀偏航全尾流模型，该方法的步骤包括：添加近尾流双高斯函数和垂直方向风切变构建无偏航风机的尾流模型，对其命名为三维Jensen‑Gaussian全尾流3DJGF模型；在Jiménez偏航尾流模型中，将偏航风机上的推力在x和y方向上分解得到偏航风机尾流中心的偏移量ysubgt;d/subgt;；在3DJGF尾流模型的纵轴方向上添加偏航风机尾流中心偏移量，得到偏航风机三维非均匀偏航全尾流Y‑3DJGF模型。旨在获得下游流场的输入信息，为下游风力机的动载荷分析提供参考，使风机的偏航控制系统更准确、实时地调整风机方向。可应用于实际风电场，提高风力机性能，提升能量输出。

技术领域

本发明涉及风场数据分析技术领域，具体而言，涉及一种风力机三维非均匀偏航全尾流模型。

背景技术

风电场的风机在工作时间长期处于偏航状态，三维尾流模型的推导可以得到风机完成偏航动作后偏航尾流区域的风速分布，也可以在获得准确的实际风场来流信息后，及时根据来流信息获得偏航角，完成进一步的偏航动作。分析偏航工况下风力机后的全尾流分布特性，对大型水平轴风力机的设计过程、安全运行和寿命改进具有重要指导意义。并且该模型计算成本低，效率高，不仅可以为下游风力机的动载荷分析提供参考，而且可以使偏航控制系统更准确、实时地调整风机方向。可应用于实际风电场，提高风力机性能，提升能量输出。为了进一步了解整个尾流区域的三维空间分布特征，本发明提出了一种风力机三维非均匀偏航全尾流模型，用以研究偏航状态下整个尾流区域的空间分布。

发明内容

本发明的目的在于提供一种风力机三维非均匀偏航全尾流模型，其用于解决上述技术问题。

本发明的实施例通过以下技术方案实现：

一种风力机三维非均匀偏航全尾流模型，其特征在于，为下游风力机的动载荷分析提供参考，且使偏航控制系统更准确、实时地调整风机方向，包括如下内容：

添加近尾流双高斯函数和垂直方向风切变，构建无偏航风机的尾流模型；

在Jiménez偏航尾流模型中，将偏航风机上的推力在x和y方向上进行分解，得到偏航风机尾流中心的偏移量y_d；

在3DJGF尾流模型的纵轴方向上添加偏航风机尾流中心偏移量，得到Y-3DJGF尾流模型。

进一步的，所述双高斯函数的一般表达式如下所示：

其中，x_min是高斯最小值到函数中心的距离。设和为自变量x方向上的双高斯因子。当x_min≠0时，由表达式得到的函数曲线为双峰函数，是能较好地拟合风机的实际近尾迹速度双峰曲线。当x_min=0时，由表达式得到的函数曲线为单高斯函数，但此时是当尾迹即将或已经发展出近尾迹区域时，函数曲线与实际远尾迹速度单峰曲线拟合较好。

进一步的，所述无偏航风机的尾流模型的计算公式如下所示：

其中， u_hub为风力机轮毂中心的来流风速；z_hub为风力机轮毂中心高度；z+z_hub为距离地面高度；α为风剪切指数；和为y方向上的双高斯因子；和为z方向上的双高斯因子；在双高斯因子中，z_min为从高斯最小值到转子中心的垂直距离；轴向诱导因子；r₀为初始尾流半径；r_z为垂直方向的尾流半径；σ_z为垂直方向高斯分布的标准差；σ_y为水平方向高斯分布的标准差。

进一步的，所述尾流在水平面内的半径和高斯最小值到转子中心的垂直距离计算公式如下所示：

其中，采用考虑偏航因子后推导的各向异性膨胀系数，计算公式为。