[发明专利]基于改进高斯分布尾流模型的风力发电机功率计算方法

权利要求书

1.基于改进高斯分布尾流模型的风力发电机功率计算方法，其实现步骤如下：

1)在经典Jensen尾流模型的基础上，对其假设尾流区风速分布为定值的特性进行改进，采用高斯分布曲线来描述风力机尾流区轮毂高度水平面风速分布特征，初步提出简化的尾流模型；

2)结合风力机前真实来流风速呈现指数分布的特点，首先引入风切变模型来描述风力机前自由来流风分布特性，对简化尾流模型进行修正，其次考虑尾流区湍流强度分布特性，提出湍流强度分布模型再次进行修正，得到改进的高斯分布尾流模型；

3)将得到改进的高斯分布尾流模型和现场测量数据进行对比验证，确保所改进模型的预测精度，最后将改进的高斯分布尾流模型应用风力机判断尾流扇区位置，提出风力机转子平面等效风速计算方法，进而应用于风功率计算公式，从而实现提升风功率计算精度的目的。

2.根据权利要求1所述的基于改进高斯分布尾流模型的风力发电机功率计算方法，其特征在于：步骤1)中，根据Jensen尾流模型，假设来流风速为定值，尾流区位置x处轮毂高度水平面尾流扇区风速分布曲线呈现高斯分布特性，提出尾流区水平面速度分布U(x,y)的计算公式如下式所示：

其中，A₁、A₂和σ_y为三个待求解未知参数，y为尾流区水平横截面内远离尾流中心的距离；式(2)中，σ_y为高斯分布中的标准差，用以表征尾流区水平面尾流半径膨胀特性；

为量化尾流膨胀半径r_y与标准差σ_y之间的关系，结合标准高斯分布的密度函数曲线(μ＝0)，初步按照Jensen模型所假定，认为尾流半径线性扩张，即存在下式(3)关系，用于求解未知参数σ_y：

r_y＝cσ_y＝kx+r₀ (3)

其中，c为常数，由风电场来流风特性所决定；对于来流风特性无法清楚确定的风场，根据高斯分布密度函数曲线性质，其经验值可取2.58；

预设Jensen模型认为当尾流扩张至尾流边界r_y处时，尾流边界处速度恢复至自由来流风速u₀，对所修正的尾流模型，即当z＝±r_z时，U(x,y)＝u₀，如下式(4)所示：

结合公式(3)可知，尾流膨胀半径r_y与高斯分布标准差σ_y具有相同的数量级，即当尾流半径r_y趋于无穷大时，标准差σ_y同样趋于无穷大，故在计算未知参数A₁时，可认为为0，即计算出参数A₁＝u₀；

因为所建立的模型与Jensen模型在初始尾流半径范围内具有相同的质量通量，根据质量守恒，两模型在尾流区位置x处具有相同的质量通量，通过以下计算公式可求解未知参数A₂：

通过将上述步骤求解得到的参数A₁、A₂和σ_y带入计算公式(4)，即可建立简化的尾流区水平面尾流分布模型，如下式所示：