[发明专利]一种采用风速衰减因子的风电场尾流确定方法

说明书

本发明涉及一种采用风速衰减因子的风电场尾流确定方法，包括：基于传统风电机组尾流模型，建立风速衰减因子计算公式；计算每台风机的尾流区域与尾流区域内全部格点的风速衰减因子；每台风机对应格点的风速衰减因子相乘，得到风电场的风速衰减因子；风电场风速衰减因子与来流风速相乘，得到风电场的风速值。本发明提供的技术方案提出了风速衰减因子概念，采用风速比进行计算，由于核心计算过程中无需考虑来流风速，从而使风机可按照任意顺序进行计算，不会出现重复计算、遗漏计算等问题。

技术领域

本发明涉及一种风力发电技术领域的计算方法，具体涉及一种采用风速衰减因子的风电场尾流确定方法。

背景技术

随着风电技术的快速发展，以及风力发电在电力系统中比重的持续增加，大型风电场通常由几百台甚至上千台风电机组组成。为准确分析风电场的发电能力及对下游风机的影响，风机的尾流计算越来越受到关注。

风机的尾流效应是指风经过风机后，由于风轮吸收了部分风能，风机下游风速会出现一定程度的突变减小；随着风向下游流动，在湍流混合作用下尾流影响范围不断扩大，而风速逐渐恢复的现象。尾流效应对风速的影响与风电机组的风能转换效率、风电机组排布、风电场地形特点、风特性等因素有关，一般来说，尾流效应带来的风电场年发电量损失大约在2％-20％之间。此外，尾流效应还会引起湍流的增加，降低下游风机的寿命。

尾流模型是描述风力机尾流结构的数学模型，用于计算风力机尾流区域的风速分布。现有的尾流模型均为单机模型，其中Jensen模型、Larsen模型应用较为广泛。Riso实验室的N.O.Jensen基于理想风力机一维动量理论提出了适用于平坦地形的尾流模型。G.C.Larsen提出了一种基于普朗特湍流边界层方程的渐近式，该模型是欧洲风电机组标准II的推荐尾流模型。

在风电场尾流计算方面，由于风场规模一般不大，国外对于风机尾流叠加效应的研究较少。历史上，受计算条件的限制，国外出现了一些简化计算方法，如平方求和法、能量平衡法、几何求和法等。这些方法算法较为复杂，且将计算目标锁定在风机位置处，因而不适用于风电场全区域的尾流计算。近年来，随着我国风电场规模的不断扩大，也出现了一些风电场的尾流计算方法。1)有的方法根据上游风机之间是否存在二次作用，分类建立模型。此类方法较为复杂，并仅能适用于特定的风机布局，且如果风向发生变化，原模型不再适用。2)有的方法采用动量守恒定理，建立风机动量吸收模型和下游动量补偿模型。此类方法的问题在于，尾流风速受到旋转叶片的搅动作用，是多种要素综合作用的结果，不是单一的动量平衡能模拟的；此外，其模型的有效性尚未得到验证。

此外，由于传统的单机尾流模型都是根据上游风速计算下游风速，因而计算多台风机的尾流风速时，必须按照风速流经风机的顺序进行计算。但风机之间的尾流影响关系较为复杂，有的风机尾流覆盖下游多台风机，有的风机处于上游多台风机的尾流影响区内。此外，随着风向的变化，风机的相关性也发生变化。因而，已有的尾流叠加效应计算方法一般存在计算方案复杂、灵活性差、对尾流影响重复/遗漏计算等问题。

发明内容

为解决上述现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种采用风速衰减因子的风电场尾流确定方法，该方法提出了风速衰减因子概念，采用风速比进行计算，由于核心计算过程中无需考虑来流风速，从而使风机可按照任意顺序进行计算，不会出现重复计算、遗漏计算等问题。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种采用风速衰减因子的风电场尾流确定方法，其改进之处在于，所述方法包括下述步骤：

1)建立风速衰减因子计算公式；

2)确定每台风机的尾流区域与尾流区域内全部格点的风速衰减因子；

3)确定风电场的风速衰减因子；

4)确定风电场的尾流风速。