[发明专利]一种基于尾流效应的风电场优化控制方法

摘要

本发明公开了一种基于尾流效应的风电场优化控制方法，基于Jensen尾流模型，分析尾流风速影响因素，最终确定风力机推力系数能够优化风力机的功率输出；具体讲，根据风力机尾流特性，建立风力机尾流速度叠加模型，再利用数值拟合方法对风力机的推力系数与风能利用系数进行数值拟合，并将拟合结果与Jensen尾流模型进行衔接，将风力机输出功率模型进行细化，得到其优化模型；本发明还可以利用可视化方法检验不同风速下，加入控制优化算法后，风电场输出总功率的变化情况，与自然状态下输出总功率进行对比，说明控制算法的有效性。

主权项

1.一种基于尾流效应的风电场优化控制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、基于Jensen尾流模型，计算第i台风力机距离风力机后方x处的尾流风速其中，R为风力机的风轮半径，为第i台风力机的推力系数，v₁表示第一台风力机处的风速，k为尾流下降系数；(2)、根据风力机尾流特性，建立风力机尾流速度叠加模型；其中，vn表示第n台风力机处的风速，γ(n,i)表示第i台风力机对下游第n台风力机的尾流影响因数；根据风力机尾流特性，下游风力机处在上游风力机的的尾流场中，会出现两种遮挡情况：一种是完全遮挡，一种是部分遮挡，其中，当R(x)≤X＜R(x)+R时为完全遮挡，其遮挡面积模型表示为，当R(x)‑X＜X＜R(x)时为部分遮挡，其遮挡面积模型表示为，其中，R(x)表示距离上游风力机x处的尾流半径，X1表示上游风力机尾流扩散切面圆心与阴影面积中线之间的距离，X表示上游风力机尾流扩散切面圆心与下游风力机风轮中心之间的水平距离，H表示下游风力机风轮中心与两个圆相交点之间的垂直距离；因此，第i台风力机对下游第n台风力机的尾流影响因数γ(n,i)的计算方法为：其中，S阴影表示第i台风力机尾流场对下游第n台风力机叶轮的遮挡面积，S表示下游第n台风力机叶轮面积；(3)、利用数值拟合方法将第i台风力机推力系数和风能利用系数进行拟合；其中，c1、c2、c3、c4、c5为风能利用系数；(4)、建立风力机输出功率模型；(4.1)、将代入风力机尾流风速叠加模型中，得到：其中，v_i表示第i台风力机处的风速，表示第i台风力机与第n台风力机之间的距离；(4.2)、当风电场所有风力机正常工作时，则风电场第n台风力机的输出功率Pn为：其中，表示第n台风力机的机推力系数和风能利用系数进行拟合后的系数；ρ表示空气密度；S表示风力机叶轮面积；(5)、通过改变风力机推力系数来获取风电场优化控制输出模型；设风电场n台风力机为串行分布，改变第一台风力机的推力系数具体改变方法为：设推力系数将区间[0,1]等均分成M份，则以精度为1/M的步数，改变前n‑1台风力机的推力系数，然后计算总输出功率，对比前面得到的总输出功率是否达到最大，如果没有达到最大，则继续改变前n‑1台风力机的推力系数，如果达到最大，则此时前n‑1台风力机所对应的推力系数即为该风速下风力机最优控制系数；按照公式(5)计算第二台风力机的输出功率P₂，并以此类推，直至改变到第n‑1台风力机的推力系数计算第n台风力机的输出功率P_n，再将n台风力机的输出功率进行求和，得到风电场优化控制输出模型：