一种基于实测风速的风电场大尺度尾流影响分析方法技术

本发明专利技术属于新能源并网与调度运行领域，涉及一种基于实测风速的风电场大尺度尾流影响分析方法，应用于电力部门对多种新能源发电的协调调度。一种基于实测风速的风电场大尺度尾流影响分析方法。首先提出了单台风电机组和整个风电场测风试验方法，接着基于测风塔和激光雷达测风数据，应用统计的方法，提出了大型风电场大尺度尾流对风廓线、风向及风切变指数的影响规律及其影响高度范围分析方法。影响规律及其影响高度范围分析方法。影响规律及其影响高度范围分析方法。

【技术实现步骤摘要】
一种基于实测风速的风电场大尺度尾流影响分析方法


[0001]本专利技术属于新能源并网与调度运行领域，涉及一种基于实测风速的风电场大尺度尾流影响分析方法，应用于电力部门对多种新能源发电的协调调度。

技术介绍

[0002]风电机组尾流是由于大气边界层在旋转的风电机组风轮影响下形成的复杂流场，分为近场尾流和远场尾流两个区域。近场尾流主要影响机组本身的发电量和出力特性，而远场尾流则对下游风电机组及风电场产生影响。现阶段，尾流效应的研究方法主要包括实验研究和计算模拟研究两类。其中，实验研究主要包括风洞试验和风场测试；计算模拟研究主要包括数值模拟和理论分析。由于尾流区风速分布规律影响因素的多样化，需要分析各因素的影响机理及程度，然后提出考虑主要影响因素的尾流模型，为此提出了一种基于实测风速的风电场大尺度尾流影响分析方法。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种基于实测风速的风电场大尺度尾流影响分析方法，通过分析尾流区风速分布规律影响因素的多样化以及各因素的影响机理及程度，然后提出主要影响因素的尾流模型。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0005]一种基于实测风速的风电场大尺度尾流影响分析方法，包括以下步骤：
[0006]S1.单台风电机组尾流测风试验，采用激光雷达的两种扫描模式：VAD(velocityazimuthdisplay)扫描和PPI(planpositionindicator)扫描，两种扫描模式构成一个测量周期，反复循环，完成单台机组尾流区流场测量；
[0007]S2.进行整个风电场尾流测风试验，采用两台激光雷达，综合VAD、PPI、RHI三种扫描模式对风电场进行了三维立体流场测量；
[0008]S3.进行风电场对风廓线高度影响分析，对位于风电场主风向两侧的激光雷达测风数据进行统计分析；
[0009]S4.进行风电场对风向影响分析，求解主风向两侧风向数据统计平均值，两侧激光雷达对比，根据测风数据，求解风向随高度变化曲线图；
[0010]S5.进行风电场对风切变指数影响分析。
[0011]进一步地，所述步骤S1中，VAD扫描模式以激光雷达为顶点，进行方位角0
‑
360
°
变化的圆锥形扫描，获取不同高度风速大小的变化情况，PPI扫描模式固定仰角，方位角在一定范围内变化的扇形平面扫描，反演得到该平面风速分布。
[0012]进一步地，所述步骤S2中，两台激光雷达分别位于风电场主风方向两侧，保证两个主风向下风电场上游和下游位置均有激光雷达进行测量。
[0013]进一步地，所述步骤S3中，分别求出各时刻对应的平均风速及风向，风速采用算数平均计算，风向采用矢量平均法，研究风电场对风廓线的影响高度。
[0014]进一步地，所述进行风电场对风切变指数影响分析的方法：
[0015]S5.1.进行风电场对不同风速区间风切变指数影响分析；
[0016]S5.2.进行风电场对不同时刻风切变指数影响分析。
[0017]进一步地，所述S5.1中，进行风电场对不同风速区间风切变指数影响分析方法为：应用主风向两侧雷达测风数据，按照不同风速区间，利用风廓线拟合的方法求解风切变指数；同时，求解不同风速区间对应的湍流强度值，分析风切变指数与湍流强度之间的对应关系。
[0018]进一步地，所述S5.2中，进行风电场对不同时刻风切变指数影响分析方法为：从主风向两侧激光雷达测量数据中，挑选对主风向具有代表性的测风数据，应用幂指数拟合法求解不同时刻风切变指数，并计算不同时刻温度的统计平均值。
[0019]且综上所述，由于采用了上述技术方案，专利技术的有益技术效果是：
[0020]一种基于实测风速的风电场大尺度尾流影响分析方法，首先提出了单台风电机组和整个风电场测风试验方法，接着基于测风塔和激光雷达测风数据，应用统计的方法，提出了大型风电场大尺度尾流对风廓线、风向及风切变指数的影响规律及其影响高度范围分析方法，分析结果表明本方法能够揭示大尺度尾流的影响机理，对风电场的优化运行具有重要作用。
附图说明
[0021]图1风电场测风试验示意图，图中表示激光雷达所在位置。
[0022]图2激光雷达测量得到的尾流干涉情况示意图。
[0023]图3不同风向下测量风廓线对比图。
[0024]图4风向随高度变化曲线。
[0025]图5不同风速区间的风切变指数及湍流强度曲线。
[0026]图6东风日不同时刻风切变指数及温度变化曲线。
[0027]图7西风日不同时刻风切变指数及温度变化曲线。
具体实施方式
[0028]为了使专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释专利技术，并不用于限定专利技术。
[0029]为了验证本方法的有效性，首先以位于中国西北部河西走廊的某一风电场为研究对象，分别对单台风电机组和整个风电场进行了尾流测风试验，接着基于测风塔和激光雷达测风数据，应用统计的方法，研究了大型风电场大尺度尾流对风廓线、风向及风切变指数的影响规律及其影响高度范围，分析结果表明本方法可以揭示大尺度尾流的影响机理。
[0030]步骤1：单台风电机组尾流测风试验
[0031]如图1所示，以位于中国西北部河西走廊的某一风电场为研究对象，风电场总容量300MW，由200台1.5MW风电机组构成。该地区风向比较固定，以东、西风为主；在风电场北部，与其相距2km处有两个风电场，其东、西两侧地形平坦，没有障碍物的阻挡。
[0032]在东风时，激光雷达位于目标机组上游，可以测量得到目标机组尾流区的流动信
息。通过VAD扫描测量得到入流条件信息，包括垂直方向风廓线、轮毂高度处来流风速、湍流强度等；采用不同仰角的PPI扫描测量得到目标机组后2D—7D位置轮毂高度处风速，仰角为7.2
°
、6.2
°
、5.5
°
、5
°
、4.6
°
、4.2
°
的PPI扫描目标位置分别对应风电机组后2D、3D、4D、5D、6D、7D位置轮毂高度。两种扫描模式构成一个测量周期，反复循环。
[0033]步骤2：整个风电场尾流测风试验
[0034]如图2所示，一台多普勒激光雷达位于风电场东侧，距风电场100m左右位置处(40
°
38'57.44"N，96
°
18'38.12"E)；另一台多普勒激光雷达不同时间点放置于不同位置，分别位于距风电场北部260m左右的主控室顶部(距地面高度15m，40
°
39'32.41"N，96
°
14'2.20"E)、风电场西侧相距200m左右位置处(40
°
38'24.98"N，96
°
9'32.12"E本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于实测风速的风电场大尺度尾流影响分析方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.单台风电机组尾流测风试验，采用激光雷达的两种扫描模式：VAD扫描和PPI扫描，两种扫描模式构成一个测量周期，反复循环，完成单台机组尾流区流场测量；S2.进行整个风电场尾流测风试验，采用两台激光雷达，综合VAD、PPI、RHI三种扫描模式对风电场进行了三维立体流场测量；S3.进行风电场对风廓线高度影响分析，对位于风电场主风向两侧的激光雷达测风数据进行统计分析；S4.进行风电场对风向影响分析，求解主风向两侧风向数据统计平均值，两侧激光雷达对比，根据测风数据，求解风向随高度变化曲线图；S5.进行风电场对风切变指数影响分析。2.根据权利要求1所述的一种基于实测风速的风电场大尺度尾流影响分析方法，其特征在于，所述步骤S1中，VAD扫描模式以激光雷达为顶点，进行方位角0
‑
360
°
变化的圆锥形扫描，获取不同高度风速大小的变化情况，PPI扫描模式固定仰角，方位角在一定范围内变化的扇形平面扫描，反演得到该平面风速分布。3.根据权利要求1所述的一种基于实测风速的风电场大尺度尾流影响分析方法，其特征在于，所述步骤S2中，两台激光雷达分别位于风电场主风方向两侧...

【专利技术属性】
技术研发人员：张健美，周强，沈渭程，王定美，吕清泉，张珍珍，张睿骁，甄文喜，刘丽娟，张金平，李津，高鹏飞，张彦琪，
申请(专利权)人：国网甘肃省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：