[發(fā)明專利]基于改進(jìn)高斯分布尾流模型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率計(jì)算方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110237938.5
• 申請(qǐng)日: 2021-03-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112784509A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-05-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李兵兵;蔡高原;王大偉;王灑;魏慶海;李彬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司華中電力試驗(yàn)研究院
• 主分類號(hào): G06F30/28
• 分類號(hào): G06F30/28;G06F113/06;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 鄭州市華翔專利代理事務(wù)所(普通合伙) 41122
• 代理人: 張愛(ài)軍

1.基于改進(jìn)高斯分布尾流模型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率計(jì)算方法，其實(shí)現(xiàn)步驟如下：

1)在經(jīng)典Jensen尾流模型的基礎(chǔ)上，對(duì)其假設(shè)尾流區(qū)風(fēng)速分布為定值的特性進(jìn)行改進(jìn)，采用高斯分布曲線來(lái)描述風(fēng)力機(jī)尾流區(qū)輪轂高度水平面風(fēng)速分布特征，初步提出簡(jiǎn)化的尾流模型；

2)結(jié)合風(fēng)力機(jī)前真實(shí)來(lái)流風(fēng)速呈現(xiàn)指數(shù)分布的特點(diǎn)，首先引入風(fēng)切變模型來(lái)描述風(fēng)力機(jī)前自由來(lái)流風(fēng)分布特性，對(duì)簡(jiǎn)化尾流模型進(jìn)行修正，其次考慮尾流區(qū)湍流強(qiáng)度分布特性，提出湍流強(qiáng)度分布模型再次進(jìn)行修正，得到改進(jìn)的高斯分布尾流模型；

3)將得到改進(jìn)的高斯分布尾流模型和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，確保所改進(jìn)模型的預(yù)測(cè)精度，最后將改進(jìn)的高斯分布尾流模型應(yīng)用風(fēng)力機(jī)判斷尾流扇區(qū)位置，提出風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)子平面等效風(fēng)速計(jì)算方法，進(jìn)而應(yīng)用于風(fēng)功率計(jì)算公式，從而實(shí)現(xiàn)提升風(fēng)功率計(jì)算精度的目的。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于改進(jìn)高斯分布尾流模型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率計(jì)算方法，其特征在于：步驟1)中，根據(jù)Jensen尾流模型，假設(shè)來(lái)流風(fēng)速為定值，尾流區(qū)位置x處輪轂高度水平面尾流扇區(qū)風(fēng)速分布曲線呈現(xiàn)高斯分布特性，提出尾流區(qū)水平面速度分布U(x,y)的計(jì)算公式如下式所示：

其中，A₁、A₂和σ_y為三個(gè)待求解未知參數(shù)，y為尾流區(qū)水平橫截面內(nèi)遠(yuǎn)離尾流中心的距離；式(2)中，σ_y為高斯分布中的標(biāo)準(zhǔn)差，用以表征尾流區(qū)水平面尾流半徑膨脹特性；

為量化尾流膨脹半徑r_y與標(biāo)準(zhǔn)差σ_y之間的關(guān)系，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)高斯分布的密度函數(shù)曲線(μ＝0)，初步按照J(rèn)ensen模型所假定，認(rèn)為尾流半徑線性擴(kuò)張，即存在下式(3)關(guān)系，用于求解未知參數(shù)σ_y：

r_y＝cσ_y＝kx+r₀ (3)

其中，c為常數(shù)，由風(fēng)電場(chǎng)來(lái)流風(fēng)特性所決定；對(duì)于來(lái)流風(fēng)特性無(wú)法清楚確定的風(fēng)場(chǎng)，根據(jù)高斯分布密度函數(shù)曲線性質(zhì)，其經(jīng)驗(yàn)值可取2.58；

預(yù)設(shè)Jensen模型認(rèn)為當(dāng)尾流擴(kuò)張至尾流邊界r_y處時(shí)，尾流邊界處速度恢復(fù)至自由來(lái)流風(fēng)速u₀，對(duì)所修正的尾流模型，即當(dāng)z＝±r_z時(shí)，U(x,y)＝u₀，如下式(4)所示：

結(jié)合公式(3)可知，尾流膨脹半徑r_y與高斯分布標(biāo)準(zhǔn)差σ_y具有相同的數(shù)量級(jí)，即當(dāng)尾流半徑r_y趨于無(wú)窮大時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)差σ_y同樣趨于無(wú)窮大，故在計(jì)算未知參數(shù)A₁時(shí)，可認(rèn)為為0，即計(jì)算出參數(shù)A₁＝u₀；

因?yàn)樗⒌哪Ｐ团cJensen模型在初始尾流半徑范圍內(nèi)具有相同的質(zhì)量通量，根據(jù)質(zhì)量守恒，兩模型在尾流區(qū)位置x處具有相同的質(zhì)量通量，通過(guò)以下計(jì)算公式可求解未知參數(shù)A₂：

通過(guò)將上述步驟求解得到的參數(shù)A₁、A₂和σ_y帶入計(jì)算公式(4)，即可建立簡(jiǎn)化的尾流區(qū)水平面尾流分布模型，如下式所示：