[发明专利]一种建立三角函数分布的风力机尾流评估模型的方法

说明书

一种建立三角函数分布的风力机尾流评估模型的方法，它包括以下步骤：步骤1)提取风力机的轮毂高度z_h，地形粗糙度z₀；步骤2)确定尾流扩散系数k_w；步骤3)确定尾流压力恢复到来流压力时的尾流初始直径D₁；步骤4)确定尾流直径D_w；步骤5)确定尾流区假定速度U_F；步骤6)确定三角函数的系数K；步骤7)确定三角函数的系数A和B；步骤8)确定尾流区的速度亏损分布；步骤9)确定尾流区的速度分布；通过以上步骤准确评估风力机尾流效应。

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种三角函数分布的风力机尾流评估模型，可用于风电场尾流评估和微观选址等工作中。

背景技术

在风电发电领域，由于风力机会吸收一部分来流能量进行发电，使得在风力机下游一定区域出现风速下降的现象，对应区域被称为尾流区。通常在一个风电场中会存在多台风力机，如果风力机处于上游风力机的尾流区内会造成发电量减少，严重影响风电场的整体效益，因此尾流评估是风电场前期规划和后期优化控制的重要环节。

目前在风资源评估软件中，Jensen尾流评估模型和Frandsen尾流评估模型是最常采用两种模型。Jensen模型基于质量守恒和恒定速度亏损假设，得出了尾流区速度亏损沿流向的表达式，然而该模型未考虑动量守恒，且恒定速度亏损假设也不符合实际情况。Frandsen模型在Jensen模型的基础上，加入了动量守恒，但依然采用的是恒定速度亏损假设，使得与实际情况存在一定偏差。

实际上，尾流区的速度亏损并不是恒定的，而是符合一定规律的曲线分布，可以用三角函数表示。因此，本专利提出了一种三角函数分布的风力机尾流评估模型，相比于Jensen模型和Frandsen模型，该模型可以提高对风力机尾流的评估精度，进而提高风电场的发电量和优化控制效果。

发明内容

本发明所提供的一种三角函数分布的风力机尾流评估模型，目的是为了用于准确评估风力机尾流效应，进而提高风电场的整体发电量和优化控制效果。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种建立三角函数分布的风力机尾流评估模型的方法，具体步骤如下：

1)提取风力机的轮毂高度z_h，地形粗糙度z₀

根据风力机型号和周围地形环境，提取风力机的轮毂高度z_h，以及确定地形粗糙度z₀。其中地形可分为海面、草地、丘陵、山地等多种类型，每种类型的地形其粗糙度不一样。

2)确定尾流扩散系数k_w

根据公式(1)计算尾流扩散系数k_w，尾流扩散系数k_w表征尾流区的尾流半径沿流向方向的增长速率，与风力机的轮毂高度z_h和地形粗糙度z₀有关。

3)确定尾流压力恢复到来流压力时的尾流初始直径D₁

根据公式(2)计算尾流初始直径D₁，尾流初始直径D₁通常大于风力机的叶轮直径，与风力机的推力系数C_T和叶轮直径D₀有关，表征尾流区压力开始恢复到自由来流压力时对应位置处的尾流直径。

4)确定尾流直径D_w