[發明專利]一種基于雙變量高斯函數的尾流計算方法、裝置及存儲介質

在審

• 申請號: 202110883109.4
• 申請日: 2021-08-02
• 公開（公告）號: CN113536487A
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 程瑜;郭辰;李芊;邵振州;張慶;張國;曾利華;李家川;馮笑丹;李東輝;劉銘;馮翔宇;王森;許社忠
• 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
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/28;G06F113/06;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 安彥彥

本發明公開了一種基于雙變量高斯函數的尾流計算方法、裝置及存儲介質，屬于風電機組尾流計算技術領域。首先根據現場測量數據，獲得風電機組前方的來流速度、展向湍流強度、垂向湍流強度，風電機組的輪轂高度、葉輪直徑和推力系數；計算得到尾流擴張系數；根據尾流擴張系數計算初始尾流半徑；根據上面得到的尾流擴張系數和初始尾流半徑計算展向和垂向的尾流半徑；根據得到的展向和垂向的尾流半徑，求得尾流區速度虧損。本發明采用的假設比傳統尾流計算方法的假設更接近實際發展特點，使得本發明提出的尾流計算方法能更好預測尾流中心點的速度，同時還能給出展向和法向的尾流速度演化規律。

技術領域

本發明屬于風電機組尾流計算技術領域，具體涉及一種基于雙變量高斯函數的尾流計算方法、裝置及存儲介質。

背景技術

近年來，風力發電技術取得了非常大的進步，發電成本迅速降低，目前已經能達到與常規火力發電技術同臺競爭的水平。像風力發電這樣的低成本綠色能源將逐步替代傳統的化石能源，在能源體系中占據更為核心的地位。為了實現更大規模的發電量，風電規劃正在走向集約化、基地化的發展路徑，導致風電機組的尾流效應更為顯著，影響整個風電場的發電量和各機組的疲勞載荷。然而，從科學研究和工程應用兩方面看，如何定量刻畫風電機組的尾流發展規律仍然面臨著巨大的挑戰。為方便工程應用，研究人員開發出了不同的解析尾流計算方法，也稱尾流模型。

目前工程中使用較多的尾流計算方法是Jensen尾流模型[1]。該模型假設機組下游的尾流線性發展，且尾流在同一垂直平面內均勻分布，基于質量守恒定律和動量守恒定律，給出了一個簡便易行的尾流計算方法。學者通過與風電場測試數據進行對比，發現Jensen模型采用的速度分布假設與實測結果差別較大，認為尾流速度應該遵循類似正/余弦的分布規律。基于上述考慮，田琳琳等提出了一個余弦尾流模型，并引入了機組湍流對尾流的影響。通過對大量實驗數據和數值仿真結果進行數據擬合，Bastankhah等[2]認為尾流分布應該遵循高斯分布，創新性的提出了高斯尾流模型。該模型一經提出，引起了學術界的廣泛關注，研究人員對其進行了大量的改進。高斯尾流模型基于合理的假設和嚴密的數學推導，能對尾流區內的速度分布提供較好的描述。和Jensen模型一樣，高斯尾流模型也假設尾流線性擴張，因此需要通過實驗或者數值仿真確定擴張系數。不同學者對如何確定尾流擴張系數進行了大量的研究，如Abkar等[3]通過對大渦模擬數據進行擬合后給出了和湍流強度相關的尾流擴張系數計算方法，而Fuertes等[4]提出采用風場實驗數據來修正尾流擴張系數。與Jensen模型和高斯模型不同的是，Ishihara等[5]采用高精度風洞實驗數據建立了一個非線性的高斯尾流模型。高斯模型通常認為風電機組的入流為均勻流場，而機組實際工作在大氣邊界層中，入流通常存在較大的切變，為此Sun等[6]假設入流速度滿足對數律，提出了一個三維尾流模型，以考慮入流風沿高度方向的變化。

以上文獻報道的尾流模型均假定在同一個流向位置速度虧損剖面遵循軸對稱的高斯分布，即在展向和垂向遵循相同的分布規律。然而，高精度數值仿真結果表明，兩個方向上的速度虧損恢復快慢并不相同，導致軸對稱的高斯分布假設與實際情況并不相符。

發明內容

為了解決上述問題，本發明的目的在于提供一種基于雙變量高斯函數的尾流計算方法、裝置及存儲介質，比傳統尾流計算方法的假設更接近實際發展特點，能夠更好地預測尾流中心點的速度，同時還能給出展向和法向的尾流速度演化規律。

本發明是通過以下技術方案來實現：

一種基于雙變量高斯函數的尾流計算方法，包括：

S1：根據現場測量數據，獲得風電機組前方的來流速度U_∞、展向湍流強度I_y、垂向湍流強度I_z，風電機組的輪轂高度z_h、葉輪直徑D和推力系數C_t；

S2：假定無量綱的尾流速度虧損為雙變量高斯函數，計算得到雙變量高斯函數中的尾流擴張系數k_y和k_z；