一种风力发电机的尾流分析方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种风力发电机的尾流分析方法及系统，方法为：获取湍流强度数据；将湍流强度数据输入预先建立的尾流模型，进行尾流分析，得到尾流模型分析结果；根据尾流模型分析结果，对无风切变和风切变两种入流情况下的尾流进行分析，得到尾流分析结果。本发明专利技术提供的基于多维数据的风机尾流分析方法，通过对尾流模型，及无风切变和风切变两种入流情况下的尾流进行分析，综合分析多维数据对风机尾流的影响，以实现稳定性好、可靠性高和成本低的优点。

A Wake Analysis Method and System for Wind Turbine

The invention discloses a wake analysis method and system for wind turbine, which includes: acquiring turbulence intensity data; inputting turbulence intensity data into a pre-established wake model for wake analysis and obtaining wake model analysis results; according to the wake model analysis results, analyzing the wake under two inflow conditions of no wind shear and wind shear, and obtaining the wake analysis conclusion. Fruit. The method of fan wake analysis based on multi-dimensional data provided by the invention comprehensively analyses the influence of multi-dimensional data on fan wake through the analysis of the wake model and the wake without wind shear and wind shear, so as to realize the advantages of good stability, high reliability and low cost.

【技术实现步骤摘要】
一种风力发电机的尾流分析方法及系统
：本专利技术涉及风电领域，尤其涉及一种风力发电机的尾流分析方法及系统。
技术介绍
：随着风电大力发展，风电场建设规模的扩大，在分析风电场接入电力系统时，需要考虑风电场输出功率波动范围大的特点。风能具有间歇性和随机波动性，风速的变化直接导致风电场的有功功率和无功功率的变化，输出功率很不稳定。当风电穿透全运行时会产生严重的影响，同时也会影响电能质量和经济调度以及电力竞价。因此，积极开展风电功率预测研究工作，提高预测的准确性，对电网调度、提高风电的接入能力以及减少系统运行成木等方而具有现实意义。随着风电并网规模的不断提高，风力发电的不确定性和不可控性给电网的安全稳定经济运行带来诸多问题。因此需要对大规模风力发电的相关问题进行深入分析研究，尤其需要分析大规模风电集中并网情况下风机尾流效应对风电场运行情况的影响。此外，单叶轮风力发电机的发电效率只能通过调节叶轮大小、叶片形状来实现，往往并不理想，急需提供一种双叶轮的风机结构，以根据风速做叶轮的选择和调整，同时对这种双叶轮结构的风机进行尾流效应分析也是面临的一大难题。因此，现有技术中的缺陷是：基于多尾流模型的风机尾流分析，没有充分考虑多维数据对风机尾流的影响，使得存在稳定性差、可靠性低和成本高等缺陷，同时也不存在一种既可以对单叶轮风机进行尾流分析，又可以对特定的双叶轮结构的风机进行尾流分析的方法。
技术实现思路
：本专利技术的目的在于提供一种基于多维数据的风机尾流分析方法及系统，通过对尾流模型，及无风切变和风切变两种入流情况下的尾流进行分析，综合分析多维数据对风机尾流的影响，以实现稳定性好、可靠性高和成本低的优点。同时，本专利技术提出的方法既适用与单叶轮结构的风机，又适用于专利技术人提出的特定结构的双叶轮结构的风机，兼容性更佳。本专利技术由如下技术方案实施：第一方面提供了一种基于多维数据的风机尾流分析方法，包括如下步骤：步骤S1，针对每一风机叶轮获取湍流强度数据；步骤S2，将所述湍流强度数据输入预先建立的尾流模型，进行尾流分析，得到尾流模型分析结果；步骤S3，根据所述尾流模型分析结果，对无风切变和风切变两种入流情况下的尾流进行分析，得到尾流分析结果。在另一实施方式中，所述预先建立的尾流模型，具体为：设定尾流区域半径线性增长，且紧邻风轮后方尾流区域半径与风轮相同，求得风轮后轴向距离x位置处尾流区域半径r；设定风轮后轴向距离x位置处风速沿径向均匀分布，根据质量守恒得到均匀风速v*；根据质量守恒和均匀风速v*，以抛物线函数描述风速沿径向分布规律，得到轮毂高度水平面上任意点风速v；基于尾流区域湍流强度对尾流恢复系数k的影响，根据叶片旋转附加湍流强度计算经验公式，得到尾流恢复系数k的计算公式；将尾流恢复系数k代入风速v计算公式，得到风电机组尾流区风速分布的尾流模型。在另一实施方式中，所述轮毂高度水平面上任意点风速，具体为：确定参考坐标系，以风轮中心为坐标原点，风轮旋转轴为x轴，径向为y轴，得到轮毂高度水平面各点位置坐标；根据来流风速，对照机组推力系数随风速变化曲线得到机组该工况下推力系数；将各输入参数代入抛物线尾流模型，得到轮毂高度水平面任意位置处风速。在另一实施方式中，所述步骤S3，具体为：根据所述尾流模型分析结果，通过大涡模拟法得到网格尺度；根据所述网格尺度，设定计算网格，得到计算域；在风力机处于额定转速时，对无风切变和风切变两种入流情况的边界条件进行设定：在无风切变入流情况下，根据风洞入口风速和所述湍流强度，得到所述计算域进流面的入流边界；在风切变入流情况下，通过UDF设定入流风速，并结合所述湍流强度，得到所述计算域出流面的出流边界；根据所述边界条件，通过SIMPLE算法对所述无风切变和风切变两种入流情况进行模拟计算，得到尾流分析结果。在另一实施方式中，所述计算网格采用非结构化四面体网格。在另一实施方式中，所述风机为双叶轮风力发电机，包括：一级叶轮、二级叶轮和叶轮转速合并机构；所述叶轮转速合并机构具有第一输入轴、第二输入轴、第一输出轴和第二输出轴，所述一级叶轮与所述第一输入轴驱动连接，所述二级叶轮与所述第二输入轴驱动连接，所述第一输出轴通过第一离合器与第一发电机的输入轴驱动连接，所述第二输出轴通过第二离合器与所述第二发电机的输入轴驱动连接；所述一级叶轮与所述二级叶轮同轴连接，所述一级叶轮的叶片长度大于所述二级叶轮的叶片长度，且工作时的旋转方向相反，所述一级叶轮位于所述二级叶轮的前方；所述叶轮转速合并机构包括同轴设置的太阳轮、齿圈和行星架，所述行星架上设有多个行星轮，所述齿圈设有内齿和外齿，所述行星轮啮合在所述齿圈的内齿和所述太阳轮之间，所述第一输入轴设有驱动齿轮，所述驱动齿轮与所述齿圈的外齿啮合，所述第二输入轴与所述太阳轮的转轴连接，所述行星架的转轴通过中间轴与输出轴驱动连接，所述输出轴的一端形成所述第一输出轴，另一端形成所述第二输出轴；当风速小于第一阈值时，对一级叶轮和二级叶轮的叶片进行变桨，使一级叶轮停止发电状态，二级叶轮处于旋转发电状态，第一离合器处于啮合状态，第二离合器出去分离状态；当风速不小于第一阈值且不大于第二阈值时，对一级叶轮和二级叶轮的叶片进行变桨，使一级叶轮和二级叶轮均处于旋转发电状态，第一离合器处于啮合状态，第二离合器处于分离状态；当风速大于第二阈值时，一级叶轮和二级叶轮均处于旋转发电状态，第一离合器和第二离合器均处于啮合状态。第二方面还提供了一种基于多维数据的风机尾流分析系统，包括数据获取模块，用于针对每一风机叶轮获取湍流强度数据；尾流模型分析模块，用于将所述湍流强度数据输入预先建立的尾流模型，进行尾流分析，得到尾流模型分析结果；尾流分析结果模块，用于根据所述尾流模型分析结果，对无风切变和风切变两种入流情况下的尾流进行分析，得到尾流分析结果。在另一实施方式中，所述尾流模型分析模块中包括尾流模型建立子模块，具体用于：设定尾流区域半径线性增长，且紧邻风轮后方尾流区域半径与风轮相同，求得风轮后轴向距离x位置处尾流区域半径r；设定风轮后轴向距离x位置处风速沿径向均匀分布，根据质量守恒得到均匀风速v*；根据质量守恒和均匀风速v*，以抛物线函数描述风速沿径向分布规律，得到轮毂高度水平面上任意点风速v；基于尾流区域湍流强度对尾流恢复系数k的影响，根据叶片旋转附加湍流强度计算经验公式，得到尾流恢复系数k的计算公式；将尾流恢复系数k代入风速v计算公式，得到风电机组尾流区风速分布的尾流模型。在另一实施方式中，所述尾流模型建立子模块具体用于得到轮毂高度水平面上任意点风速：确定参考坐标系，以风轮中心为坐标原点，风轮旋转轴为x轴，径向为y轴，得到轮毂高度水平面各点位置坐标；根据来流风速，对照机组推力系数随风速变化曲线得到机组该工况下推力系数；将各输入参数代入抛物线尾流模型，得到轮毂高度水平面任意位置处风速。在另一实施方式中，所述风机为双叶轮风力发电机，包括：一级叶轮、二级叶轮和叶轮转速合并机构；所述叶轮转速合并机构具有第一输入轴、第二输入轴、第一输出轴和第二输出轴，所述一级叶轮与所述第一输入轴驱动连接，所述二级叶轮与所述第二输入轴驱动连接，所述第一输出轴通过第一离合器与第一发电机的输入轴驱动连接，所述第二输出轴通过第二离合器与所述第二发电机的输入本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风力发电机的尾流分析方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1，针对每一风机叶轮获取湍流强度数据；步骤S2，将所述湍流强度数据输入预先建立的尾流模型，进行尾流分析，得到尾流模型分析结果；步骤S3，根据所述尾流模型分析结果，对无风切变和风切变两种入流情况下的尾流进行分析，得到尾流分析结果。

【技术特征摘要】
1.一种风力发电机的尾流分析方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1，针对每一风机叶轮获取湍流强度数据；步骤S2，将所述湍流强度数据输入预先建立的尾流模型，进行尾流分析，得到尾流模型分析结果；步骤S3，根据所述尾流模型分析结果，对无风切变和风切变两种入流情况下的尾流进行分析，得到尾流分析结果。2.根据权利要求1所述的风力发电机的尾流分析方法，其特征在于，所述预先建立的尾流模型，具体为：设定尾流区域半径线性增长，且紧邻风轮后方尾流区域半径与风轮相同，求得风轮后轴向距离x位置处尾流区域半径r；设定风轮后轴向距离x位置处风速沿径向均匀分布，根据质量守恒得到均匀风速v*；根据质量守恒和均匀风速v*，以抛物线函数描述风速沿径向分布规律，得到轮毂高度水平面上任意点风速v；基于尾流区域湍流强度对尾流恢复系数k的影响，根据叶片旋转附加湍流强度计算经验公式，得到尾流恢复系数k的计算公式；将尾流恢复系数k代入风速v计算公式，得到风电机组尾流区风速分布的尾流模型。3.根据权利要求2所述的风力发电机的尾流分析方法，其特征在于，所述轮毂高度水平面上任意点风速，具体为：确定参考坐标系，以风轮中心为坐标原点，风轮旋转轴为x轴，径向为y轴，得到轮毂高度水平面各点位置坐标；根据来流风速，对照机组推力系数随风速变化曲线得到机组该工况下推力系数；将各输入参数代入抛物线尾流模型，得到轮毂高度水平面任意位置处风速。4.根据权利要求1所述的风力发电机的尾流分析方法，其特征在于，所述步骤S3，具体为：根据所述尾流模型分析结果，通过大涡模拟法得到网格尺度；根据所述网格尺度，设定计算网格，得到计算域；在风力机处于额定转速时，对无风切变和风切变两种入流情况的边界条件进行设定：在无风切变入流情况下，根据风洞入口风速和所述湍流强度，得到所述计算域进流面的入流边界；在风切变入流情况下，通过UDF设定入流风速，并结合所述湍流强度，得到所述计算域出流面的出流边界；根据所述边界条件，通过SIMPLE算法对所述无风切变和风切变两种入流情况进行模拟计算，得到尾流分析结果。5.根据权利要求4所述的风力发电机的尾流分析方法，其特征在于，所述计算网格采用非结构化四面体网格。6.根据权利要求1-5任意一项所述的风力发电机的尾流分析方法，其特征在于：所述风机为双叶轮风力发电机，包括：一级叶轮、二级叶轮和叶轮转速合并机构；所述叶轮转速合并机构具有第一输入轴、第二输入轴、第一输出轴和第二输出轴，所述一级叶轮与所述第一输入轴驱动连接，所述二级叶轮与所述第二输入轴驱动连接，所述第一输出轴通过第一离合器与第一发电机的输入轴驱动连接，所述第二输出轴通过第二离合器与所述第二发电机的输入轴驱动连接；所述一级叶轮与所述二级叶轮同轴连接，所述一级叶轮的叶片长度大于所述二级叶轮的叶片长度，且工作时的旋转方向相反，所述一级叶轮位于所述二级叶轮的前方；所述叶轮转速合并机构包括同轴设置的太阳轮、齿圈和行星架，所述行星架上设有多个行星轮，所述齿圈设有内齿和外齿，所述行星轮啮合在所述齿圈的内齿和所述太阳轮之间，所述第一输入轴设有驱动齿轮，所述驱动齿轮与所述齿圈的外齿啮合，所述第二输入轴与所述太阳轮的转轴连接，所述行星架的转轴通过中间轴与输出轴驱动连接，所述输出轴的一端形成所述第一输出轴，另一端形成所述第二输出轴；当风速小于第一阈值时，对一级叶轮和二级叶轮的叶片进行变桨，使一级叶轮停止发电状态，二级叶轮处于旋转发电状态，第一离合器处于啮合状态，第...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙泉，张超，王吉远，石一迪，张耀文，欧阳磊，刘澈，王朝，弥崧，赵树良，李新宇，
申请(专利权)人：北京普华亿能风电技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11