【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及风力发电，具体涉及一种针对偏航风机尾流的湍流强度分布预测方法。
技术介绍
1、对于风电行业的自身发展来说，人们很早就了解到尾流的流动现象，也认识到风机的尾流效应会给风电场的发电功率和何在评估产生很大的影响；于是，学者们很早就展开了对风机尾流与尾流效应的研究。总的来说，尾流效应的研究方法主要有三种：风洞试验与风场实测、计算流体力学方法(cfd)和尾流模型。
2、风洞试验与风场实测是人们在早期研究风机尾流效应的主要方法。但这种方法只能对已有风机进行实测，无法对未建风机进行预测，并且只能得到风机尾流流场局部区域的部分信息，无法全面了解整个流场，投入大且周期长。
3、近几十年来，cfd方法在风机尾流效应的研究中越来越被广泛运用。计算机的计算速度和能力是cfd数值模拟方法的重要基础和保障。整体来说，cfd方法虽然计算精度高、流场信息全面，但其对计算资源以及计算操作者的水平要求同样也很高，尤其是在涉及复杂的工程问题时，比如说风电场微观选址优化和风电场集群预测等，冗长的计算时间是在实际工程所不能接受的。
4、尾流模型主要是指描述风机尾流结构的数学模型，用来计算尾流区的速度分布和湍流分布情况，其结构相对简单、计算精度可接受、计算时间短，非常适合用在装备有大型风机机组的风电场课题研究中。在保证具有工程可接受精度的同时，尾流模型的使用大大提高了尾流分布计算效率。
5、在风电场设计中，准确预测尾流湍流水平对风机发电功率和荷载评估至关重要。然而，对尾流湍流特性的认识仍存在差距，同时对相关工程
技术实现思路
1、针对现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的在于提供一种针对偏航风机尾流的湍流强度分布预测方法，用于解决现有风资源评估以及风场实时偏航控制技术中所应用的偏航尾流湍流强度模型精度不足，进而导致荷载与功率评估失真以及控制效率较低的问题。
2、解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案实现：
3、一种针对偏航风机尾流的湍流强度分布预测方法，其特征在于，包括如下步骤：
4、s1、获取风机的机械性能参数和偏航角度参数，并通过实测获得风机所在位置的风场环境参数；
5、s2、根据风机的机械性能参数和偏航角度参数，确定风机的最大附加湍流度函数g(x)、风机尾流边界和尾流宽度扩展系数；
6、s3、根据风机的机械性能参数和偏航角度参数，计算风机尾流的双高斯加权参数c3、c4，进而确定双高斯系数参数k1、k2；
7、s4、根据双高斯系数参数并结合风机所在位置的风场环境参数，确定尾流附加湍流强度分布模型的型函数部分
8、s5、根据尾流附加湍流强度分布模型的型函数部分并结合最大附加湍流度函数g(x)，得到偏航风机尾流附加湍流强度分布预测模型δi；
9、s6、根据偏航风机尾流附加湍流强度分布预测模型，得到偏航风机尾流总湍流强度分布。
10、优选地，步骤s1中：
11、所述风机的相关参数包括轮毂高度、叶轮直径等等；所述风场环境参数是根据测风塔数据或者相关现场实测数据获得风机所在位置的来流风速风向以及环境湍流强度等风场条件信息。
12、优选地，步骤s2中：通过如下公式计算风机的最大附加湍流度函数：
13、
14、
15、
16、
17、式中，g(x)为最大附加湍流度函数，d、e为推力系数，f为环境湍流强度的函数，ia为环境湍流强度，ct为风机推力系数，x为风机下游位置，dt为风机轮盘直径。
18、通过如下公式计算风机尾流边界和尾流宽度扩展系数：
19、
20、
21、
22、式中，σ为风机尾流边界高斯标准差，x为风机下游位置，ki为尾流宽度扩展系数，ia为环境湍流强度，ct为风机推力系数，dt为风机轮盘直径，εi为x＝0时的数值，作为尾流扩展边界参数使用。
23、优选地，步骤s3中，首先根据双高斯系数参数和风机所在位置的风场环境参数，确定风机尾流的双高斯加权参数；然后基于双高斯加权参数和风机所在位置的风场环境参数余弦计算，得到双高斯系数参数。
24、优选地，步骤s3中：通过如下公式计算风机尾流的双高斯加权参数：
25、
26、
27、式中，c3、c4为风机尾流的双高斯加权参数，x为风机下游位置，dt为风机轮盘直径。
28、优选地，根据风机尾流的双高斯加权参数，进而通过如下公式计算双高斯系数参数：
29、
30、
31、式中，k1、k2为双高斯系数参数，c3、c4为风机尾流的双高斯加权参数，r为尾流横向分布宽度，dt为风机轮盘直径。
32、优选地，步骤s4中：通过如下公式计算尾流附加湍流强度分布模型的型函数部分：
33、
34、
35、式中，为尾流附加湍流强度分布模型的型函数，c1，c2为偏航尾流湍流强度非对称偏移调整参数，k1、k2为双高斯系数参数，r为尾流横向分布宽度，dt为风机轮盘直径，yd为尾流偏移量，σ为。
36、优选地，步骤s5中：通过如下公式计算得到偏航风机尾流附加湍流强度分布预测模型：
37、
38、式中，δi为偏航风机尾流附加湍流强度分布预测模型函数，g(x)为最大附加湍流度函数，为风机尾流湍流强度横向分布函数。
39、优选地，步骤s6中，首先计算偏航风机尾流附加湍流强度分布预测函数；然后结合环境湍流强度进行平方求和以及算数平方根计算，得到对应的偏航风机尾流总湍流强度分布，即：
40、通过如下公式计算得到偏航风机尾流总湍流强度分布：
41、
42、式中，i为偏航风机尾流总湍流强度分布函数，δi为偏航风机尾流附加湍流强度分布预测模型函数，ia为环境湍流强度。
43、相比现有技术，本专利技术具有如下有益的技术效果：
44、1、本专利技术构建了一个针对偏航风机尾流的附加湍流强度模型，并考虑了偏航风机尾流湍流强度分布的偏移不对称性，提高了偏航尾流附加湍流强度预测的精度。总体提升偏航风机尾流湍流强度预测的精度和分布区域，在源头上提升真实性，帮助提高风机荷载评估分析的准确性，从而更好的辅助获得风电场通过高准确性的偏航控制策略以提升风机发电量，增加运行安全性能、经济效益以及能源利用率。
45、2、本专利技术提出的偏航风机尾流的附加湍流强度模型，能够根据风电场中不同风机类型以及来流风情况对风机尾流附加湍流强度进行良好的预测，提高荷载评估分析、风资源评估以及实时偏航控制的准确性与优化率，进而提高风电场发电功率，从而获得更大的发电量与经济效益。
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1.一种针对偏航风机尾流的湍流强度分布预测方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的种偏航风机的非高斯尾流风速损失分布预测方法，其特征在于，步骤S1中，所述风机的相关参数包括轮毂高度、叶轮直径等等；所述风场环境参数是根据测风塔数据或者相关现场实测数据获得风机所在位置的来流风速风向以及环境湍流强度等风场条件信息。
3.如权利要求2所述的种偏航风机的非高斯尾流风速损失分布预测方法，其特征在于，步骤S2中：通过如下公式计算风机的最大附加湍流度函数：
4.如权利要求3所述的种偏航风机的非高斯尾流风速损失分布预测方法，其特征在于，步骤S3中，首先根据双高斯系数参数和风机所在位置的风场环境参数，确定风机尾流的双高斯加权参数；然后基于双高斯加权参数和风机所在位置的风场环境参数余弦计算，得到双高斯系数参数。
5.如权利要求4所述的种偏航风机的非高斯尾流风速损失分布预测方法，其特征在于，步骤S3中：通过如下公式计算风机尾流的双高斯加权参数：
6.如权利要求5所述的种偏航风机的非高斯尾流风速损失分布预测方法，其特征在于，根据风
7.如权利要求6所述的种偏航风机的非高斯尾流风速损失分布预测方法，其特征在于，步骤S4中：通过如下公式计算尾流附加湍流强度分布模型的型函数部分：
8.如权利要求7所述的种偏航风机的非高斯尾流风速损失分布预测方法，其特征在于，步骤S5中：通过如下公式计算得到偏航风机尾流附加湍流强度分布预测模型：
9.如权利要求8所述的种偏航风机的非高斯尾流风速损失分布预测方法，其特征在于，步骤S6中，首先计算偏航风机尾流附加湍流强度分布预测函数；然后结合环境湍流强度进行平方求和以及算数平方根计算，得到对应的偏航风机尾流总湍流强度分布，即：
...【技术特征摘要】
1.一种针对偏航风机尾流的湍流强度分布预测方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的种偏航风机的非高斯尾流风速损失分布预测方法，其特征在于，步骤s1中，所述风机的相关参数包括轮毂高度、叶轮直径等等；所述风场环境参数是根据测风塔数据或者相关现场实测数据获得风机所在位置的来流风速风向以及环境湍流强度等风场条件信息。
3.如权利要求2所述的种偏航风机的非高斯尾流风速损失分布预测方法，其特征在于，步骤s2中：通过如下公式计算风机的最大附加湍流度函数：
4.如权利要求3所述的种偏航风机的非高斯尾流风速损失分布预测方法，其特征在于，步骤s3中，首先根据双高斯系数参数和风机所在位置的风场环境参数，确定风机尾流的双高斯加权参数；然后基于双高斯加权参数和风机所在位置的风场环境参数余弦计算，得到双高斯系数参数。
5.如权利要求4所述的种偏航风机的非高斯尾流风...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨庆山，李天，张创，闫渤文，权顺德，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：
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