一种风力机全尾流场风速分布的确定方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种风力机全尾流场风速分布的确定方法及系统。该方法包括：根据涡尾迹模型确定风力机近尾流风速分布；根据工程尾流模型确定风力机远尾流风速分布；根据近尾流风速分布和远尾流风速分布分别确定2D位置处和3D位置处的风速；根据2D位置处和3D位置处的风速以及修正公式对尾流半径进行修正；进而根据修正后的尾流半径对近尾流风速分布和远尾流风速分布进行修正，得到修正后的近尾流风速分布和远尾流风速分布；根据修正后的近尾流风速分布和修正后的远尾流风速分布，确定所述风力机全尾流场的风速分布。本发明专利技术提供的风力机全尾流场风速分布的确定方法及系统能够拟合出全尾流场风速分布，不仅精度上满足工程需要，而且大大缩减了计算量。

A Method and System for Determining Wind Velocity Distribution in the Whole Wake Field of Wind Turbine

The invention discloses a method and a system for determining the wind speed distribution in the whole wake flow field of a wind turbine. The method includes: determining the wind speed distribution near the wake of the wind turbine according to the vortex wake model; determining the wind speed distribution far from the wake of the wind turbine according to the engineering wake model; determining the wind speed at the position of 2D and the position of 3D respectively according to the wind speed distribution near the wake and the wind speed distribution far from the wake; correcting the wake radius according to the wind speed at the position of 2D and the position of 3D and the revised formula; The revised near-wake wind speed distribution and far-wake wind speed distribution are obtained by modifying the wake radius. According to the revised near-wake wind speed distribution and the revised far-wake wind speed distribution, the wind speed distribution in the whole wake field of the wind turbine is determined. The method and system for determining the wind speed distribution in the whole wake field of a wind turbine provided by the invention can fit the wind speed distribution in the whole wake field, which not only meets the engineering requirements in accuracy, but also greatly reduces the calculation amount.

【技术实现步骤摘要】
一种风力机全尾流场风速分布的确定方法及系统
本专利技术涉及风力发电领域，特别是涉及一种风力机全尾流场风速分布的确定方法及系统。
技术介绍
风力机尾流直接影响风力发电相对于总功率输出的比例、风力发电利用率、风电场年发电小时数评估和风电场运营寿命等等。对于包含大量风电机组的风电场来说，多台风机互相影响还会导致尾流效应的叠加，研究更加复杂。由于尾流损失导致发电量降低5％-15％十分普遍，更有甚者可导致30％-40％的损失，因此，开展风力机尾流效应的研究，对于风电场项目来说尤为重要。在2016年以前，国内风电场普遍建在地势十分平坦的区域，例如：平原、戈壁、近海滩涂等。风电大规模开发是不用考虑近尾流区尾流效应的影响的，因为风机之间的避让距离可以建设到远大于3D的距离。在《陆上风电场工程可行性研究报告编制规程》中华人名共和国能源行业标准NB/T31105—2016中指出根据国外研究结论，风电机组尾流影响在下风向20倍风轮直径处变化幅度很小，目前主流风电机组叶轮直径为70m-130m，平均值为100m，因此在平坦地形区域建议沿主风向风电场之间的避让距离为2km，低湍流、高海拔区域由于风电机组尾流恢复距离更长，风电场之间的避让距离宜适当增大；复杂地形区域由于风况变化复杂，避让距离建议根据尾流影响估算结论确定。在2016年以后，在风电场的大量建设后，由于风资源区域紧张，以及国土资源等因素，风电场开始建设在山脊、丘陵等地势陡峭或者是低风速区域，不可避免的部分风力机之间的间距被大大缩短，而且，目前已有风力机建在了2D范围以内，近尾流已经成为一个不可避免的研究问题。对于整个风电场来说，近、远尾流都是十分重要的影响因素，因此，建设一个近-远一体化的全尾流场模型亟待解决。近尾流场与远尾流场风速分布差异巨大，模型理论计算也相差甚远。现在还没有一个完整的理论体系去模拟全尾流场的尾流效应，近、远尾流是两个独立的学术理论分支。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种风力机全尾流场风速分布的确定方法及系统，能够拟合出全尾流场风速分布，不仅精度上满足工程需要，而且大大缩减了计算量。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种风力机全尾流场风速分布的确定方法，所述方法包括：根据涡尾迹模型确定风力机近尾流风速分布；根据工程尾流模型确定风力机远尾流风速分布；根据近尾流风速分布确定2D位置处和3D位置处的风速，分别记为V涡流2D和V涡流3D，以风力机为原点，顺风向为x轴，2D位置为在x轴上，距离原点为两倍风轮直径的位置，3D位置为在x轴上，距离原点为三倍风轮直径的位置；根据远尾流风速分布确定2D位置处和3D位置处的风速，分别记为V工程2D和V工程3D；根据分别计算2D位置处与3D位置处采用涡尾迹模型和工程尾流模型计算的风速的差值V2D和V3D；判断|V2D-V3D|是否小于设定值；若|V2D-V3D|大于等于设定值，则判断V3D是否小于V2D；若V3D小于V2D，则β取正值；若V3D大于等于V2D，则β取负值；根据对尾流半径进行修正，其中，a为轴向诱导因子，r1为尾流半径，r2为修正尾流半径，β为放缩因子；将所述修正尾流半径替代所述尾流半径，并跳转至根据涡尾迹模型确定风力机近尾流风速分布步骤，重新对近尾流风速分布和远尾流风速分布进行确定，得到修正后的近尾流风速分布和远尾流风速分布；若|V2D-V3D|小于所述设定值，则停止迭代；根据修正后的近尾流风速分布和修正后的远尾流风速分布，确定所述风力机全尾流场的风速分布。可选的，所述根据修正后的近尾流风速分布和修正后的远尾流风速分布，确定所述风力机全尾流场的风速分布，具体包括：将修正后的近尾流风速分布在2D-3D区域内的风速和修正后的远尾流风速分布在2D-3D区域内的风速对应相加取平均，得到所述风力机全尾流场的风速分布。可选的，所述根据涡尾迹模型确定风力机近尾流风速分布，具体包括：采用自由涡尾迹算法计算轴向诱导因子以及近尾流风速分布。可选的，所述根据工程尾流模型确定风力机近尾流风速分布，具体包括：将所述轴向诱导因子代入Jensen模型计算远尾流风速分布。可选的，β的取值范围为-0.3-0.5。可选的，V3D小于V2D时，β取0.3。可选的，V3D大于等于V2D时，β取-0.2。可选的，所述设定值为0.1。本专利技术还提供了一种风力机全尾流场风速分布的确定系统，所述系统包括：近尾流风速分布确定模块，用于根据涡尾迹模型确定风力机近尾流风速分布；远尾流风速分布确定模块，用于根据工程尾流模型确定风力机远尾流风速分布；第一过渡区风速确定模块，用于根据近尾流风速分布确定2D位置处和3D位置处的风速，分别记为V涡流2D和V涡流3D，以风力机为原点，顺风向为x轴，2D位置为在x轴上，距离原点为两倍风轮直径的位置，3D位置为在x轴上，距离原点为三倍风轮直径的位置；第二过渡区风速确定模块，用于根据远尾流风速分布确定2D位置处和3D位置处的风速，分别记为V工程2D和V工程3D；风速差确定模块，用于根据分别计算2D位置处与3D位置处采用涡尾迹模型和工程尾流模型计算的风速的差值V2D和V3D；第一判断模块，用于判断|V2D-V3D|是否小于设定值；第二判断模块，用于当|V2D-V3D|大于等于设定值时，判断V3D是否小于V2D；第一取值模块，用于当V3D小于V2D时，β取正值；第二取值模块，用于当V3D大于等于V2D时，β取负值；尾流半径修正模块，用于根据对尾流半径进行修正，其中，a为轴向诱导因子，r1为尾流半径，r2为修正尾流半径，β为放缩因子；替代模块，用于将所述修正尾流半径替代所述尾流半径，并跳转至根据涡尾迹模型确定风力机近尾流风速分布步骤，重新对近尾流风速分布和远尾流风速分布进行确定，得到修正后的近尾流风速分布和远尾流风速分布；迭代停止模块，用于当|V2D-V3D|小于所述设定值时，则停止迭代；全尾流场的风速分别确定模块，用于根据修正后的近尾流风速分布和远尾流风速分布，确定所述风力机全尾流场的风速分布。可选的，所述全尾流场的风速分布确定模块，具体包括：全尾流场的风速分布确定单元，用于将修正后的近尾流风速分布在2D-3D区域内的风速和修正后的远尾流风速分布在2D-3D区域内的风速对应相加取平均，得到所述风力机全尾流场的风速分布；所述近尾流风速分布确定模块，具体包括：近尾流风速分布确定单元，用于采用自由涡尾迹算法计算轴向诱导因子以及近尾流风速分布；所述远尾流风速分布确定模块，具体包括：远尾流风速分布确定单元，用于将所述轴向诱导因子代入Jensen模型计算远尾流风速分布。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术提供的风力机全尾流场风速分布的确定方法及系统，近尾流风速采用自由涡尾迹算法模型进行拟合，远尾流风速采用Jensen模型进行拟合，并对两种模型计算得到的风速分布进行耦合，最终得出全尾流场风速分布，不仅精度上满足工程需要，而且在计算量上大大缩减。即同时集成工程尾流模型高效以及涡尾迹模型精确的特点，将使计算结果更加符合真实流场情况。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风力机全尾流场风速分布的确定方法，其特征在于，所述方法包括：根据涡尾迹模型确定风力机近尾流风速分布；根据工程尾流模型确定风力机远尾流风速分布；根据近尾流风速分布确定2D位置处和3D位置处的风速，分别记为V涡流2D和V涡流3D，以风力机为原点，顺风向为x轴，2D位置为在x轴上，距离原点为两倍风轮直径的位置，3D位置为在x轴上，距离原点为三倍风轮直径的位置；根据远尾流风速分布确定2D位置处和3D位置处的风速，分别记为V工程2D和V工程3D；根据

【技术特征摘要】
1.一种风力机全尾流场风速分布的确定方法，其特征在于，所述方法包括：根据涡尾迹模型确定风力机近尾流风速分布；根据工程尾流模型确定风力机远尾流风速分布；根据近尾流风速分布确定2D位置处和3D位置处的风速，分别记为V涡流2D和V涡流3D，以风力机为原点，顺风向为x轴，2D位置为在x轴上，距离原点为两倍风轮直径的位置，3D位置为在x轴上，距离原点为三倍风轮直径的位置；根据远尾流风速分布确定2D位置处和3D位置处的风速，分别记为V工程2D和V工程3D；根据分别计算2D位置处与3D位置处采用涡尾迹模型和工程尾流模型计算的风速的差值V2D和V3D；判断|V2D-V3D|是否小于设定值；若|V2D-V3D|大于等于设定值，则判断V3D是否小于V2D；若V3D小于V2D，则β取正值；若V3D大于等于V2D，则β取负值；根据对尾流半径进行修正，其中，a为轴向诱导因子，r1为尾流半径，r2为修正尾流半径，β为放缩因子；将所述修正尾流半径替代所述尾流半径，并跳转至根据涡尾迹模型确定风力机近尾流风速分布步骤，重新对近尾流风速分布和远尾流风速分布进行确定，得到修正后的近尾流风速分布和远尾流风速分布；若|V2D-V3D|小于所述设定值，则停止迭代；根据修正后的近尾流风速分布和修正后的远尾流风速分布，确定所述风力机全尾流场的风速分布。2.根据权利要求1所述的风轮全尾流场风速的确定方法，其特征在于，所述根据修正后的近尾流风速分布和修正后的远尾流风速分布，确定所述风力机全尾流场的风速分布，具体包括：将修正后的近尾流风速分布在2D-3D区域内的风速和修正后的远尾流风速分布在2D-3D区域内的风速对应相加取平均，得到所述风力机全尾流场的风速分布。3.根据权利要求1所述的风轮全尾流场风速的确定方法，其特征在于，所述根据涡尾迹模型确定风力机近尾流风速分布，具体包括：采用自由涡尾迹算法计算轴向诱导因子以及近尾流风速分布。4.根据权利要求3所述的风轮全尾流场风速的确定方法，其特征在于，所述根据工程尾流模型确定风力机近尾流风速分布，具体包括：将所述轴向诱导因子代入Jensen模型计算远尾流风速分布。5.根据权利要求1所述的风轮全尾流场风速的确定方法，其特征在于，β的取值范围为-0.3-0.5。6.根据权利要求5所述的风轮全尾流场风速的确定方法，其特征在于，V3D小于V2D时，β取0.3。7.根据权利要求5所述的风轮全尾流场风速的确定方法，其特征在于，V3D大于...

【专利技术属性】
技术研发人员：余官培，许波峰，冯俊恒，赵振宙，刘皓明，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32