[发明专利]一种考虑地形坡度的风电场功率简化预测方法

说明书

本发明公开了一种考虑地形坡度的风电场功率简化预测方法，该方法针对建设于一定坡度地理位置的风电场，根据坡度的大小所处的范围所带来的相邻风机之间尾流影响的不同，分别建立四种风电场功率输出的数学模型来预测整个风电场的功率。本发明采用了连续型三参数的Logistic函数对风机的输出功率进行建模，并考虑了风速随海拔高度的变化带来的影响，因而所得预测结果准确，且大大减少了预测过程所需的计算量。

技术领域

本发明属于电力系统新能源发电技术领域，尤其涉及一种考虑地形坡度的风电场功率简化预测方法。

背景技术

随着当前能源危机的不断加剧和环境问题的日益凸显，可再生能源发电技术受到了世界各国学术界和工业界的广泛关注。其中，风力发电技术以其清洁和易获得的特性，在过去的几十年中得到了飞速的发展。随着风能开发利用的日趋广泛，为了节约土地资源和建设成本，众多风电机组被安装在同一风电场内，每个风电场内机组数量从几十至数百台不等。

准确的风电场输出功率预测是获得合理风电场年发电量计算结果的前提。风电场的输出功率往往受到如尾流效应、风机的地理位置等诸多因素的影响。其中伴随着风电场中机组数量的增加，尾流效应成为影响风电场整体输出功率的主要因素之一。对于尾流效应的计算复杂度较高，同时，风机功率-风速(P-v)曲线通常被视为分段函数，因而导致了风电场输出功率预测时计算量大、计算复杂度高的特点，为工程应用带来了不便。

此外，目前在建立风电场输出功率模型时，大多数研究只考虑了布局在平坦地面的风电场，而实际工程中，随着平坦地区的土地资源被逐渐开发殆尽，风电场的建设将逐步扩展至具有一定坡度的山区。因此，现有的风电场功率预测方法在山区风电场应用中所得的结果往往不准确，容易与实际值产生较大偏差。

发明内容

发明目的：针对现有的技术存在的上述问题，提供一种考虑地形坡度的风电场功率简化计算方法。

技术方案：本发明的考虑地形坡度的风电场功率简化预测方法包括如下步骤：(1)确定风电场所处位置的坡度；(2)根据所处位置坡度确定风电场的风机阵列中下游风机的风轮叶片与上游风机尾流的相对位置关系；(3)根据所述相对位置关系预测风电场的功率。

步骤(1)进一步包括：基于风电场所处位置的坡高H和坡长L确定坡度s：

步骤(2)进一步包括：(21)确定下游风机的风轮叶片恰好完全位于相邻上游风机尾流之内时的第一临界坡度值s₁和下游风机的风轮叶片恰好完全位于相邻上游风机尾流之外的第二临界坡度值s₂；(22)基于坡度s、第一临界坡度值s₁和第二临界坡度值s₂确定所述相对位置关系：

当s＝0时，下游风机的风轮叶片全部处于相邻上游风机的尾流中且所有风机所处高度相同，此时对应第一位置关系；

当0＜s≤K时，下游风机的风轮叶片全部处于相邻上游风机的尾流中且下游风机所处高度逐行上升，此时对应第二位置关系；

当时，下游风机的风轮叶片部分处于相邻上游风机的尾流中且下游风机所处高度逐行上升，此时对应第三位置关系；

当时，下游风机的风轮叶片完全处于相邻上游风机的尾流之外且下游风机所处高度逐行上升，此时对应第四位置关系。

步骤(21)中，第一临界坡度值s₁为风机的尾流下降系数K，第二临界坡度值s₂为其中R_r为风机的扇叶半径R_r，d_row为风机水平间距。

步骤(3)中，通过以下方式预测第一位置关系时的风电场功率P_WF0：