[发明专利]一种复杂地形风电场地形改造方法

说明书

本发明公开了一种复杂地形风电场地形改造方法，包括地形建模、对计算流域模型进行网格划分；对计算流域的边界条件进行设置以及根据求解器中所设置的边界条件在求解器中对计算流域模型求解，本发明可以确定合理的地形改造高度，使得预选机位处湍流度降低到风机使用要求之内，同时节省大量土石方开挖成本，从而保证工程造价最低；对复杂地形风电场局部地形微观选址有一定指导意义，适于风电场微观选址中的流场分析与方案经济分析，在工程中有很好的应用前景。

技术领域

本发属于风电场改造技术领域，尤其涉及一种复杂地形风电场地形改造方法。

背景技术

风电是一种可再生的清洁能源，可以在一定程度上缓解能源危机、改善环境状况。近年来我国风电发展迅速，据中国可再生能源学会风能专业委员会的统计数据，2014年全国新增安装风电机组13121台，新增装机容量23196MW，全国累计风电装机容量114609MW，同比增长25.4％，风力发电技术已经是相关领域的研究热点。随着风资源的不断开发，在风电场微观选址中，风资源的预测已经不局限于平坦地形，海上风电场、内陆的复杂地形以及低风速风场都是今后发展的主要方向。

在复杂地形中，受到山峰或者山谷的影响，风资源估算经常出现较大偏差，这些机位在风场建成后，还会受到风场内相邻风机尾流的影响，它们的发电量一般都会低于设计估算值，更为严重的是这些机位处的湍流度可能过大，风机难以承受，会导致风机机械磨损严重，齿轮箱故障率高，降低风力机的使用寿命。目前复杂地形当中的湍流问题任然没有好的解决方案。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种复杂地形风电场地形改造方法，能够确定合适地形改造方案，使得机位处湍流强度满足风机使用要求，并保证工程造价最低。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种复杂地形风电场地形改造方法，包括如下步骤：

步骤1、地形建模，选取计算区域，在CAD中通过删减等高线来改变山顶高度，再通过Matlab将地形三维坐标散点插值拟合成三维地形曲面，再建立计算流域模型；

步骤2、对计算流域模型进行网格划分，网格在水平方向上的步长为固定步长，网格在垂直方向上的步长按照一个固定的比率递增；

步骤3、对计算流域的边界条件进行设置，在求解器中将入口设为速度入口选项，出口设置为自由流出口选项，左右两面以及顶面设置为对称面选项，底面采用标准壁面函数模拟；

步骤4、根据求解器中所设置的边界条件在求解器中对计算流域模型求解。

进一步的，步骤3中的速度入口选项的风廓模型为：

其中，u(z)是z高度处的风速，u_*为地表面摩擦速度，k是冯卡门常数，Z₀是地表面粗糙度长度，z为距地面的垂直坐标高度，C_μ为常数，l为湍流脉动动能。进一步的，步骤3中的自由流出口选项的模型为：

其中，u_x表示x轴方向速度；u_y表示y轴方向速度；u_z表示z轴方向速度，ε为湍流脉动动能的耗散率，l为湍流脉动动能。

更进一步的，步骤3中的对称面选项的模型为：

其中，i＝x，y，z。