[發明專利]一種基于等效粗糙度風電場建模方法、介質和設備

有效

• 申請號: 202110572604.3
• 申請日: 2021-05-25
• 公開（公告）號: CN113239646B
• 公開（公告）日: 2023-08-22
• 發明（設計）人: 尹鐵男;閆姝;郭小江;李東輝;史紹平;王雪璐;梁思超;劉銘
• 申請（專利權）人: 華能新能源股份有限公司;中國華能集團清潔能源技術研究院有限公司;華能集團技術創新中心有限公司;華能海上風電科學技術研究有限公司
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F113/06;G06F111/10
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 房鑫

本發明還公開了一種基于等效粗糙度的風電場建模方法、介質和設備，包括以下步驟：根據目標風電場建立三維計算模型；在三維計算模型的入風口處放置風電機模型，得到有風機模型，對有風機模型進行求解獲得有風機模型的出風口邊界總動量；將有風機模型中的風電機模型刪除，獲得無風機模型，對無風機模型設置不同的地表粗糙度，直至無風機模型的出風口邊界總動量與有風機模型的出風口邊界總動量一致，則無風機模型當前地表粗糙度為等效粗糙度；根據目標風電場建立整場風電場模型，在整場風電場模型的每個風機位置處建立圓形區域，圓形區域的風電場地表粗糙度設為等效粗糙度，完成整場風電場建模。本發明提高了風電場設計的精度也具有良好的經濟性。

技術領域

本發明屬于可再生發電技術領域，具體屬于一種基于等效粗糙度風電場建模方法、介質和設備。

背景技術

目前，在對風電場進行計算流體動力學模擬CFD，模擬時需要耗費大量的硬件資源和時間成本。往往在工程設計中難以進行細致的CFD模擬。而采用風電行業專業軟件進行模擬又略顯粗糙。

其中風電場的建模主要為風電場內風機的處理較為棘手，其建模方法一般采用實際模型建模、致動盤、致動線等方法。根據風機實際幾何情況進行建模較為精細，但是增加了建模工作量，大大提高了對模擬計算硬件的要求，收斂性也變差。致動盤和致動線方法相較于實際幾何模型建模法進行了一定程度的簡化，在犧牲了模擬細節的基礎上加快了收斂速度，但是其計算量仍然比較大，必須由有一定技術積累的專門的工程師來操作，還要具備一定規模的計算服務器才能開展計算工作，往往完成一次計算需要耗費數天的時間。對人力和計算資源的較高要求也導致了這種精細模擬只能停留在研究階段，不能在風電場設計、微觀選址等方面的日常業務中應用，目前日常業務中只能采用經過大幅簡化的模型進行近似估算。

發明內容

為了解決現有技術中存在的問題，本發明提供一種基于等效粗糙度風電場建模方法、介質和設備，解決目前風電場建模難以平衡簡化建模、加快收斂速度和計算量的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種基于等效粗糙度風電場建模方法，包括以下步驟：

根據目標風電場建立三維計算模型；

在三維計算模型的入風口處放置風電機模型，得到有風機模型，對有風機模型進行求解獲得有風機模型的出風口邊界總動量；

將有風機模型中的風電機模型刪除，獲得無風機模型，對無風機模型設置不同的地表粗糙度，直至無風機模型的出風口邊界總動量與有風機模型的出風口邊界總動量一致，則無風機模型當前地表粗糙度為等效粗糙度；

根據目標風電場建立整場風電場模型，在整場風電場模型的每個風機位置處建立圓形區域，圓形區域的風電場地表粗糙度設為等效粗糙度，完成整場風電場建模。

進一步的，根據目標風電場建立三維計算模型前，還包括以下步驟：

獲取目標風電場的地形、風機排布和風機機型的信息；

根據目標風電場的地形、風機排布和風機機型進行參數化，根據參數化的目標風電場建立三維計算模型。

進一步的，三維計算模型為長方體的計算區域，長為5D，寬為3D和高為H+D，D為風機的直徑，H為風機輪轂高度。

進一步的，根據目標風電場建立三維計算模型的具體步驟為：在目標風電場的任一風機位置處取一方形區域，以上述方形區域為目標建立三維計算模型。

進一步的，等效粗糙度的獲取過程如下：

將有風機模型中的風機模型刪除，僅保留三維計算模型，底部為風電場地形，獲得無風機模型，逐漸調整無風機模型的地表粗糙度為不同值，直至無風機模型的出風口邊界總動量與有風機模型的出風口邊界總動量一致，則無風機模型當前的風電場地表粗糙度為等效粗糙度。