[发明专利]基于三维尾流模型修正风电机组尾部风速功率特性评估法

摘要

本发明提出了一种基于三维尾流模型的修正风速的方法，据修正后的风速进行风电机组功率特性的评估。本发明功率特性评估方法立足于：利用计算流体力学修正受尾流影响的风速，然后根据对应的功率绘制出功率曲线。

主权项

1.一种基于三维尾流模型修正风电机组尾部风速功率特性评估法，其特征在于：三维尾流计算模型考虑到大气环境及风电机组叶轮扰动造成气流分布不均匀，采用修正的k‑ε湍流运动模型进行闭合运算，同时利用Monin‑Obukhov长度并结合地表粗糙度来描述大气稳定度，基于非均匀的来流风经过转动的叶片时的空气动力学特性进行建模，该模型把不同方向的平均风速、平均湍流以及平均压力作为自变量，设定上边界、侧边界、地面边界以及进出口边界条件，求解基于Reynoldsaver平均的纳维‑斯托克斯方程得到流场中各网格点处的参数值；为了便于求解纳维‑斯托克斯方程，增加便于求解但是不影响尾流模型特性的假定条件：假定来流风均匀且不变；假定空气为不可压流体，此时，流动过程中的控制方程主要由动量方程和连续方程组成，此外，采用有限差分的方法对离散控制方程进行计算，然后通过风电机组的技术参数及大气条件确定基于"Larsen"尾流模型，将机舱尾部测风计所测得的风速采用上述计算流体力学推到受较少风力发电机组尾流影响且在2d‑5d位置的风速；(1)尾流中修正的k‑ε湍流模型湍流是均匀的，湍流应力张量由下面式子给出：其中，为湍流变形张量为湍流旋转张量h＝g(1‑α+β)Szx＝Sxz＝1.25μ*/zΩzx＝‑Ωxz＝1.25μ*/zε＝2.5μ*3/z为湍流耗散率τxz＝ρμ*2τxx＝‑2.42ρμ*2τyy＝‑1.922ρμ*2τzz＝‑1.252ρμ*2τxy＝0τzy＝0为湍流动能ρ为空气密度z为距地面的高度z0为地表粗糙度长度μ*为表面摩擦速度c1＝1.8Cε1＝1.44Cε2＝1.92α＝0.56β＝0.44τij表示ij平面内单位质量的切应力，i＝1,2,3；j＝1,2,3，表示三维方向xi、xj表示位移表示雷诺平均速度u、v、w表示三个维度方向x、y、z的速度矢量值，V、U都表示速度向量，▽为拉普拉斯算子S、Ω表示湍流张量的模量(2)尾流的纳维‑斯托克斯方程:此时其矢量形式为:其中，对不可压缩牛顿流体来说，只有对流项为非线性形式；对流加速度v·▽v来自于流体流动随空间之变化所产生的速度改变；为非定常加速度；‑▽p为气压梯度；μ▽²v为空气粘滞度，f为其他作用的力；此外，连续方程(3)Larsen尾流模型风机尾流模型选用"Larsen模型"，该模型由湍流边界层方程和相似性假设推导而得：R95＝0.5(Rnb+min(h,Rnb))Rnb＝max(1.08D,1.08D+21.7D(Ia‑0.05))其中，C_T为推力系数；D为叶轮直径；I_a为轮毂高度处的环境湍流强度；h为轮毂高度；此时，由此进行风速的修正，从而得到来流风的风速；经过上述风速的修正，根据IEC 61400‑12风电机组功率特性测试标准要求进行风电机组的功率特性，经过数据回归绘制出功率曲线及功率系数，外推出年发电量，最后出具测试报告。