【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种考虑阻塞和尾流效应的风力机风速分布预测方法，属于风力机风速分布预测。
技术介绍
1、海上风电场由于受大气边界层、风电机组尾流干扰、大气热稳定度、海流、海浪和机组运行状态等时空间因素的影响，呈现非定常多尺度耦合、强非线性等高度复杂的流动特点。风电场对局部风速具有明显的影响，其对风速的衰减效应导致风电场上游风电机组所受风速降低，这个现象称为风电场的阻塞效应。目前在进行风资源评估时，对风电机组的尾流效应考虑较多，但阻塞效应的影响常被忽略，导致风电场实际发电量与预测值相比降低4%以上，对国内大型风电企业可能导致较大的电能损失。因此，研究风电场的阻塞效应评估方法，据此对待建风电场进行机组优化布局，对于准确评估待建风电场的发电量，提高发电效率具有重要作用。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种考虑阻塞和尾流效应的风力机风速分布预测方法，增加了尾流模拟恢复效果，提高阻塞模型可靠性，改善涡流模型对阻塞效应的预估效果。
2、为达到上述目的，本专利技术是采用下述技术方案实现的：
3、第一方面，本专利技术提供了一种考虑阻塞和尾流效应的风力机风速分布预测方法，包括：
4、获取初始风速、风力机参数及湍流强度；
5、基于获取的初始风速、风力机参数及湍流强度，通过多项式拟合、流体力学公式计算以及尾流模型应用，分别预测风力机前阻塞区域的风速分布和风力机后方尾流区域的风速分布；
6、在风力机后方尾流两侧处叠
7、整合得到的风力机前阻塞区域、风力机后方尾流区域以及风力机尾流两侧区域的风速预测结果，形成综合考虑阻塞效应与尾流效应的风力机风速分布预测模型；
8、应用考虑阻塞效应与尾流效应的风力机风速分布预测模型，输出风力机阻塞区域、尾流区域以及尾流两侧区域的风速分布。
9、进一步的，所述预测风力机前阻塞区域的风速分布的方法包括：
10、根据获取的初始风速，计算得到入流风速，并根据入流风速，计算得到推力系数；
11、根据推力系数，计算得到切向涡量，并根据切向涡量计算得到二维轴向风速与径向风速；
12、根据获取的湍流强度、轴向、径向坐标以及风轮直径，得到湍流强度修正系数；
13、根据湍流强度修正系数与轴向、径向坐标，计算得到修正后的轴向、径向距离；
14、根据修正后的轴向、径向距离，计算得到修正后的椭圆参数；
15、根据获取的二维轴向风速、径向风速以及修正后的椭圆参数，计算得到考虑湍流强度的风力机前阻塞区域预测风速。
16、进一步的，获取风力机后方尾流风速分布，具体包括以下两种方法之一：
17、使用larsen尾流模型，包括：
18、根据输入的风轮直径与风速对应的推力系数，计算得到有效风轮直径；
19、根据有效风轮直径，计算得到距离常数；
20、根据有效风轮直径和距离常数，计算得到无量纲混合长度；
21、根据无量纲混合长度与距离常数，计算得到风力机尾流半径与尾流风速亏损，从而得到风力机后方尾流风速分布，计算公式如下：
22、；
23、；
24、式中，rw为风力机尾流半径，为风力机尾流半径，c1为无量纲混合长度，ct为入流风速对应的推力系数，a为风轮扫略面积，x为风机盘面后方计算位置处至风机轮毂轴线的轴向距离，x0为距离常数，r为风机盘面后方计算位置处至风机轮毂轴线的径向距离；
25、使用高斯尾流模型，包括：
26、根据输入的湍流强度，计算得到尾流的线性增长速率；
27、根据入流风速对应的推力系数，计算得到尾流膨胀系数；
28、根据尾流膨胀系数和线性增长速率，计算得到尾流宽度；
29、将尾流宽度输入到二维高斯尾流模型中，得到考虑湍流强度的尾流风速预测模型，计算公式如下：
30、；
31、式中，为尾流宽度，d为风轮直径。
32、进一步的，应用考虑湍流强度的尾流风速预测模型，得到尾流风速亏损，从而得到风力机后方尾流风速分布。
33、进一步的，所述在风力机后方尾流两侧处叠加尾流与阻塞的风速，得到风力机尾流两侧区域的风速分布，计算公式如下：
34、；
35、式中，为风力机尾流两侧区域的风速分布；u0为入流风速，为修正后的轴向距离，为修正后的径向距离。
36、进一步的，整合得到的风力机前阻塞区域、风力机后方尾流区域以及风力机尾流两侧区域的风速预测结果，形成综合考虑阻塞效应与尾流效应的风力机风速分布预测模型，计算公式如下：
37、风力机前方阻塞区域风速分布：
38、;
39、;
40、风力机后方尾流区域风速分布：
41、使用larsen尾流模型，
42、；
43、使用高斯尾流模型，
44、；
45、风力机后方尾流两侧区域风速分布：
46、。
47、第二方面，本专利技术提供一种考虑阻塞和尾流效应的风力机风速分布预测装置，包括：
48、获取模块，用于获取初始风速、风力机参数及湍流强度；
49、预测模块，用于基于获取的初始风速、风力机参数及湍流强度，通过多项式拟合、流体力学公式计算以及尾流模型应用，分别预测风力机前阻塞区域的风速分布和风力机后方尾流区域的风速分布；
50、叠加模块，用于在风力机后方尾流两侧处叠加尾流与阻塞的风速，输出风力机尾流两侧区域的风速分布；
51、整合模块，用于整合得到的风力机前阻塞区域、风力机后方尾流区域以及风力机尾流两侧区域的风速预测结果，形成综合考虑阻塞效应与尾流效应的风力机风速分布预测模型；
52、输出模块，用于应用考虑阻塞效应与尾流效应的风力机风速分布预测模型，输出风力机阻塞区域、尾流区域以及尾流两侧区域的风速分布。
53、第三方面，本专利技术提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现前述中任一项所述方法的步骤。
54、第四方面，本专利技术提供一种计算机设备，包括：
55、存储器，用于存储计算机程序/指令；
56、处理器，用于执行所述计算机程序/指令以实现前述中任一项所述方法的步骤。
57、第五方面，本专利技术提供一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，该计算机程序/指令被处理器执行时实现前述中任一项所述方法的步骤。
58、与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果：
59、本专利技术提供一种考虑阻塞和尾流效应的风力机风速分布预测方法，可以提高阻塞效应计算精度，相比cfd模拟计算时间降低三个数量级，有效降低计算成本，结果更满足工程实际的需要。另一方面，使用与尾流本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种考虑阻塞和尾流效应的风力机风速分布预测方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的考虑阻塞和尾流效应的风力机风速分布预测方法，其特征在于，所述预测风力机前阻塞区域的风速分布的方法包括：
3.根据权利要求1所述的考虑阻塞和尾流效应的风力机风速分布预测方法，其特征在于，获取风力机后方尾流风速分布，具体包括以下两种方法之一：
4.根据权利要求3所述的考虑阻塞和尾流效应的风力机风速分布预测方法，其特征在于：
5.根据权利要求4所述的考虑阻塞和尾流效应的风力机风速分布预测方法，其特征在于，所述在风力机后方尾流两侧处叠加尾流与阻塞的风速，得到风力机尾流两侧区域的风速分布，计算公式如下：
6.一种考虑阻塞和尾流效应的风力机风速分布预测装置，其特征在于，包括：
7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：该程序被处理器执行时实现权利要求1-5中任一项所述方法的步骤。
8.一种计算机设备，其特征在于，包括：
9.一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，其特征在于，该计算
...【技术特征摘要】
1.一种考虑阻塞和尾流效应的风力机风速分布预测方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的考虑阻塞和尾流效应的风力机风速分布预测方法，其特征在于，所述预测风力机前阻塞区域的风速分布的方法包括：
3.根据权利要求1所述的考虑阻塞和尾流效应的风力机风速分布预测方法，其特征在于，获取风力机后方尾流风速分布，具体包括以下两种方法之一：
4.根据权利要求3所述的考虑阻塞和尾流效应的风力机风速分布预测方法，其特征在于：
5.根据权利要求4所述的考虑阻塞和尾流效应的风力机风速分布预测方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩星星，张金梦，贺宇杭，程哲，许昌，周恬，王金城，吕海琳，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：
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