一种改进风力机尾流叠加计算方法技术

本发明专利技术公开了一种改进风力机尾流叠加计算方法，步骤为：1)传统尾流计算模型中引入湍流修正模型；2)步骤1得到改进尾流计算模型；3)将步骤2改进后的尾流模型引入风力机径向尾流速度修正；4)步骤3径向尾流速度修正后可得到风力机尾流修正模型，包含关于大气湍流强度I

【技术实现步骤摘要】
一种改进风力机尾流叠加计算方法
本专利技术涉及一种改进风力机尾流叠加计算方法，属于风电场风力机尾流

技术介绍
风能在世界范围内得到了广泛应用和迅速发展。风电场所能提供的发电量是风电场运营指标的一个重要参数，而尾流效应的模拟精度直接决定风电场发电量的评估精度。因此，开展风力机的尾流研究对于风电场工程项目至关重要，有针对性地提出适用于大型风力机的尾流模型对尾流效应的研究有着重要的意义。一维尾流模型以及改进后的二维尾流模型都是用来计算单台风力机的尾流速度。而现实情况中，一个大型风电场内总是有多台风力机的尾流相互影响。当一台风力机被安装在另一台风力机的下游时，就不得不对尾流叠加效果进行量化的计算。目前学者已在多台风力机尾流变化规律的基础上分别建立了能量守恒模型、线性叠加模型、几何和模型和平方和模型这几种较为常用的尾流叠加模型。适当简化假设建立了各种经验尾流模型来描述风力机尾流，可准确预测多种工况下尾流区域的各点风速，风力机尾流叠加计算对于风场开发、微观选址有着重要的参考意义。
技术实现思路
专利技术目的：为解决现有技术的不本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改进风力机尾流叠加计算方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：/n1)将传统单台风力机尾流计算模型中引入湍流修正模型；/n2)将步骤1湍流修正模型带入传统尾流计算模型得到修正后的尾流模型；/n3)将步骤2修正后的尾流模型中引入风力机的径向尾流速度修正，径向尾流速度修正模型包含关于大气湍流强度I

【技术特征摘要】
1.一种改进风力机尾流叠加计算方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
1)将传统单台风力机尾流计算模型中引入湍流修正模型；
2)将步骤1湍流修正模型带入传统尾流计算模型得到修正后的尾流模型；
3)将步骤2修正后的尾流模型中引入风力机的径向尾流速度修正，径向尾流速度修正模型包含关于大气湍流强度I0的参数t1和t2；
4)步骤3径向尾流速度修正后可得到风力机尾流修正模型，包含关于大气湍流强度I0的参数t1和t2，可以通过修正尾流模型计算上游单台机组尾流速度Uw(x，y，z)；
5)构建步骤3和4中所属参数t1和t2关于大气湍流强度I0的具体关系式；
6)步骤1中下游风力机i风轮平面完全或者部分处于上游风力机j的尾流范围内，考虑到上游风力机j的尾流对下游风力机i风轮平面上的影响比例，在传统多台风力机尾流叠加平方和模型中引入所述定义的偏尾流权重因子βij；
7)步骤6中引入了偏尾流权重因子βij后，得到多台机组改进的尾流叠加模型，通过步骤4计算得到上游风力机j的尾流分别到达下游风力机i所在位置时的风速大小uij，uij-1，uij-2…，ui1，偏尾流权重因子βij，βij-1，βij-2…，βi1，通过带入尾流叠加模型计算下游风力机i在上游风力机的j尾流叠加影响之下最终的入流速度ui，1≤j≤n，n为上游风力机的总数。


2.根据权利要求1所述的一种改进风力机尾流叠加计算方法，其特征在于，所述步骤1)中风电场内风力机总数为N，风力机风轮平面始终垂直于风向，假设在某个风向条件下，设上游共有n台风力机，1≤n≤N，风力机编号分别为1，2…，j；下游共有m台风力机，1≤m＜N，风力机编号分别为1，2…，i；上游风力机来流风速不受其它风力机尾流影响，所处位置来流风速大小等于初始自由流速度U∞，下游风力机处于上游风力机尾流影响范围当中，会处于上游一台或者多台风力机尾流影响当中，所处位置来流风速小于初始自由流速度U∞，上、下游风力机m+n和为N，风力机j是上游风力机，1≤j≤n，风力机i是下游风力机，1≤i≤m，每台风力机型号相同，风轮直径D相同，风轮中心垂直方向离地轮毂高度H也相同；
以上游编号为j的风力机的风轮中心作为坐标原点，建立三维坐标系，x轴是以风轮中心为原点，平行于风向的坐标轴；y轴是以风轮中心为原点，平行于水平面的坐标轴；z轴是以风轮中心为原点，垂直于水平面的坐标轴；
引入湍流修正模型，假设因为受到湍流的影响，x是下游某位置距离原点的水平距离，下游某位置距离原点水平距离x位置处的空气自由流速度亏损率△U∞(x)/U∞随x呈指数递减，△U∞(x)是上游风力机j尾流中心线某位置距离原点的水平距离x位置处的自由流速度U∞(x)与初始自由流速度U∞的差值，U∞(x)与U∞的比值的计算公式为：



x位置处的推力计算公式修正为：
T(x)＝ρAw(x)Uw(x)(U∞(x)-Uw(x))(2)
其中，x是下游某位置距离原点的水平距离位置；U∞(x)是上游风力机j尾流中心线某位置距离原点的水平距离x位置处的自由流速度，此时，y＝0，z＝0，U∞(x)对应着一维坐标系，U∞初始自由流速度，T(x)为推力，D风力机风轮直径，ρ空气密度，Uw(x)是上游风力机j尾流中心线某位置距离原点的水平距离x位置处，同时离地高度为轮毂高度处的尾流速度，轮毂高度是风轮中心垂直方向离地高度；Aw(x)上游风力机j尾流中心线某位置距离原点的水平距离x位置处的尾流横截面面积，Aw(x)＝πDw(x)2/4，Dw(x)是上游风力机j尾流中心线某位置距离原点的水平距离x位置处尾流的直径。


3.根据权利要求2所述的一种改进风力机尾流叠加计算方法，其特征在于，所述步骤2)中，计算湍流修正后的尾流模型为：



其中，x是下游某位置距离原点的水平距离位置；Uw(x)是上游风力机j尾流中心线某位置距离原点的水平距离x位置处，同时离地高度为轮毂高度处的尾流速度，U∞初始自由流速度，Aw(x)上游风力机j尾流中心线某位置距离原点的水平距离x位置处的尾流横截面面积，Aw(x)＝πDw(x)2/4，A0风力机叶片的扫风面积，A0＝πD2/4，CT推力系数，D风力机风轮直径。


4.根据权利要求3所述的一种改进风力机尾流叠加计算方法，其特征在于，所述步骤3)径向尾流速度亏损率的计算公式：



其中，x是下游某位置距离原点的水平距离，△U(x,r)是下游某位置距离原点的...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛飞飞，许昌，陈晨，端和平，冉续，韩星星，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32