[发明专利]一种风电场微观选址用地表粗糙度变化模型的建模方法

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电过程中风电场微观选址技术领域，具体地，涉及一种风电场微观选址用地表粗糙度变化模型的建模方法。

背景技术

我国风电进入规模化发展阶段以后所产生的大型风电基地多数位于“三北地区”（西北、东北、华北），大型风电基地一般远离负荷中心，其电力需要经过长距离、高电压输送到负荷中心进行消纳。由于风资源的间歇性、随机性和波动性，导致大规模风电基地的风电出力会随之发生较大范围的波动，进一步导致输电网络充电功率的波动，给电网运行安全带来一系列问题。

截至2013年9月，甘肃电网并网风电装机容量已达到663万千瓦，成为仅次于火电的第二大主力电源。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。要对风电场微观选址的机理进行深入分析研究，就需要对风力发电过程中影响风能变化的地表粗糙度变化进行建模。

粗糙度变化对气流的影响过程可描述为：气流从一种粗糙度表面跃变到另一种粗糙度表面的过程中，新下垫表面的强制过程将调整原有的风速廓线和摩擦速度。随着气流往下游的运行，新下垫面的强制作用逐渐向上扩散，因而在新表面上空形成一个厚度逐渐加大的新边界层。最后，空气层完全摆脱来流的影响，形成了适应新下垫表面的边界层，在这个过程的初始和中期阶段形成的新边界层就称为动力内边界层。简称内边界层。经变化粗糙度扰动后，风廓线的特点主要表现为：当来流为中性大气时，内边界层层顶以上仍维持上游的对数风廓线的分布规律；而内边界层以下则为对应新的粗糙度与摩擦速度的风速廓线，整个风廓线表现为一种拼接关系。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在电网稳定性差和选址难度大等缺陷。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种风电场微观选址用地表粗糙度变化模型，以实现电网稳定性好和选址难度小的优点。

本发明的第二目的在于，提出一种风电场微观选址用地表粗糙度变化模型的建模方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种风电场微观选址用地表粗糙度变化模型的建模方法，主要包括：

a、建立粗糙度变化模型；

b、求解上述建立的粗糙度变化模型。

进一步地，所述步骤a，具体包括：

假设上游未受扰来流经过两次粗糙度变化扰动后到达测风塔所在位置，此时的风电机组的风廓线应由三部分拼接而成，分别为对应粗糙度z₀₁、摩擦速度u_*1的u₁(z)，对应粗糙度z₀₂、摩擦速度u_*2的u₂(z)以及对应粗糙度z₀₃、摩擦速度u_*3的u₃(z)；

根据实验观测与仿真分析，流经变化粗糙度的下风向风廓线表示为：

公式（1）中，z₀₂为研究位置的粗糙度，z₀₁为距离研究位置最近的上风向粗糙度，u_*2、u_*1分别为对应z₀₁、z₀₂的摩擦速度，κ=0.4为卡曼常数，h为内边界层高度，由下式确定：

公式（2）中，z'₀=max(z₀₁,z₀₂)，x为粗糙度变化位置与研究位置的距离。

由上，如果已知摩擦速度u_*2、u_*1与粗糙度z₀₁、z₀₂，根据公式（1）和公式（2）得到粗糙度变化扰动下的风力发电机组处不同高度的风速值。

进一步地，在步骤a中，所述粗糙度z₀₁和z₀₂，需要通过评价地表情况后获得，因此，如果建立上游未受扰风廓线对应的摩擦速度与u_*2、u_*1的联系，就能够比较不同高度下，粗糙度变化扰动下的流场相对于未受扰流场的变化情况；粗糙度变化扰动下，摩擦速度之间的关系如下式：