[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（公告）號(hào): CN112784509A
• 公開（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: 張愛軍

本發(fā)明提出一種基于改進(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；結(jié)合風(fēng)力機(jī)前真實(shí)來流風(fēng)速呈現(xiàn)指數(shù)分布的特點(diǎn)，引入風(fēng)切變模型來描述風(fēng)力機(jī)前自由來流風(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；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。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率計(jì)算方法，尤其是涉及一種基于改進(jìn)高斯分布尾流模型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)尾流扇區(qū)判斷、尾流風(fēng)速預(yù)測(cè)以及風(fēng)功率計(jì)算方法，用于實(shí)現(xiàn)水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率的高精度計(jì)算。

背景技術(shù)

風(fēng)能因其資源儲(chǔ)備量豐富、開發(fā)技術(shù)相對(duì)成熟且具有污染小等優(yōu)點(diǎn)，使風(fēng)力發(fā)電在全球電力市場(chǎng)中占據(jù)著舉足輕重的地位。然而由于風(fēng)力發(fā)電的間歇性和波動(dòng)性，風(fēng)力發(fā)電同時(shí)具有不穩(wěn)定性。因此，對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的可靠性分析和評(píng)估至關(guān)重要。

自由來流風(fēng)在經(jīng)過風(fēng)力機(jī)時(shí)，部分風(fēng)能被風(fēng)力機(jī)所利用轉(zhuǎn)化為葉輪旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能，根據(jù)能量守恒原則，風(fēng)力機(jī)下游能量降低，進(jìn)而導(dǎo)致風(fēng)速降低、湍流程度增加的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象被稱之為尾流效應(yīng)。尾流效應(yīng)作為風(fēng)電場(chǎng)可靠性評(píng)估中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，其評(píng)估的精度直接影響風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電量的評(píng)估精度。對(duì)尾流效應(yīng)的量化表征，當(dāng)前主要采用尾流模型，其本質(zhì)是通過數(shù)學(xué)表達(dá)式來描述尾流風(fēng)速分布曲線。典型的代表有Jensen尾流模型，其假設(shè)來流風(fēng)速為定值、尾流線性擴(kuò)張且尾流區(qū)風(fēng)速分布為定值。但當(dāng)前大量的風(fēng)洞以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明尾流區(qū)風(fēng)速分布呈現(xiàn)高斯分布，來流風(fēng)存在風(fēng)切效應(yīng)且尾流區(qū)湍流強(qiáng)度變化復(fù)雜。因此有必要考慮上述因素對(duì)現(xiàn)有尾流模型進(jìn)行優(yōu)化，提升風(fēng)力機(jī)輪轂高度平面內(nèi)的尾流風(fēng)速分布預(yù)測(cè)精度。

當(dāng)前主流的風(fēng)功率計(jì)算公式忽略了風(fēng)電場(chǎng)尾流效應(yīng)的影響，處于尾流扇區(qū)內(nèi)的風(fēng)機(jī)所面臨的來流風(fēng)速與自由來流風(fēng)速有較大差異。而準(zhǔn)確的風(fēng)機(jī)前來流風(fēng)速是風(fēng)功率計(jì)算精度的保證。故采用改進(jìn)尾流模型所預(yù)測(cè)的尾流扇區(qū)以及尾流區(qū)風(fēng)速，并結(jié)合理論風(fēng)功率計(jì)算方法可有效提升風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)功率計(jì)算精度，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)行指標(biāo)以及可靠性評(píng)估具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，提出一種基于改進(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，目的在于通過改進(jìn)經(jīng)典的Jensen尾流模型，提升尾流模型在尾流區(qū)預(yù)測(cè)風(fēng)速的精度，同時(shí)結(jié)合風(fēng)機(jī)偏航將尾流模型所預(yù)測(cè)的尾流扇區(qū)應(yīng)用于風(fēng)功率計(jì)算，進(jìn)而提升風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)功率預(yù)測(cè)精度。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案：

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)切變模型來描述風(fēng)力機(jī)前自由來流風(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。

步驟1)中，根據(jù)Jensen尾流模型，假設(shè)來流風(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：