[發明專利]一種基于網格無關致動線模型的風力機仿真方法及系統

在審

• 申請號: 202211074856.4
• 申請日: 2022-09-02
• 公開（公告）號: CN115408958A
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發明（設計）人: 江鵬;韓佳;趙傳凱;沙漫地;楊微;文茂詩
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團海裝風電股份有限公司
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F30/17;G06F113/06
• 代理公司: 重慶鼎慧峰合知識產權代理事務所(普通合伙) 50236
• 代理人: 徐璞

本發明提供一種基于網格無關致動線模型的風力機仿真方法及系統，本方案在仿真過程中，只需通過構建體積力源項函數實現體積力的計算，進而實現風力機的仿真，無需像傳統仿真方法一樣，需要提前設定風輪、葉片的網格區域并使用旋轉動網格，與傳統的致動線方法相比，本方案的仿真對于任何形式的網格都能使用，不僅大幅降低了致動線的使用難度，擴大了致動線的使用范圍，還減少了大量的前期處理的工作量，提高了仿真的效率。

技術領域

本發明涉及風力發電技術領域，具體涉及一種基于網格無關致動線模型的風力機仿真方法及系統，

背景技術

風力機外流場仿真對機位點優化布局、發電效率提升、掃塔故障分析等工作具有重大意義，常使用計算流體力學(CFD)方法對風力機尾流流場進行數值模擬，但是由于風力機實際模型非常復雜，采用風力機實際模型進行仿真對計算資源消耗極大，很難實現對風場中風力機進行模擬。

致動線模型(ALM)借鑒動量葉素理論(BEM)的葉片氣動模型，根據來流條件與翼型性能數據等計算葉片氣動力，作為體積力源項，加載到流場中代替真實葉片的作用。致動線模型既避免了建立復雜的風力機模型，又能對風力機尾流進行準確的仿真，是一種被廣泛認可的方法。

傳統的致動線建模方法，首先需要劃分旋轉網格區域，在旋轉區域中確定葉片所在位置，再次劃分葉片區域，然后在葉片上均布葉素點施加體積力。最后采用動網格的形式，讓葉素點隨旋轉網格區域一同旋轉，模擬風力機運行。

由于傳統的致動線方法需要提前設定動網格區域，因此限定了風力機的位置，無法再進行機位點布局優化；當風向發生改變時，風力機在運行過程中，無法調整偏航角度。因此傳統的致動線方法需要花費大量的工作量來進行前處理，并且使用場景有一定的局限性。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明提出一種基于網格無關致動線模型的風力機仿真方法及系統，以解決現有技術中存在的傳統的致動線方法需要花費大量的工作量來進行前處理，并且使用場景有一定的局限性的技術問題。

一種基于網格無關致動線模型的風力機仿真方法，包括：構建攜帶有風電機組信息的初始化函數，并根據預設信息對所述風電機組信息進行初始化；構建攜帶有變量信息的變量調整函數，并將基于仿真運行程序得到的變量值傳遞至所述變量調整函數中；根據所述風電機組信息和所述變量信息，構建體積力源項函數；根據所述體積力源項函數，基于葉素動量理論得到體積力；將所述體積力傳遞至仿真進行程序，完成風力機的流場仿真。

在一個實施例中，所述構建攜帶有風電機組信息的初始化函數，并根據預設信息對所述風電機組信息進行初始化步驟，包括：定義多個容納風電機組信息的二維數組，所述風電機組信息包括風機參數、葉片信息和翼型信息；根據預設信息對所述二維數組進行賦值，完成對風電機組信息的初始化。

在一個實施例中，所述定義多個容納風電機組信息的二維數組，所述風電機組信息包括風機參數、葉片信息和翼型信息步驟，包括：定義多個容納風機參數的二維數組，其中各風機參數的二維數組的行表征風電機組的編號，各風機參數的二維數組的列分別表征坐標、偏航角、仰角、槳距角、轉速；定義多個容納葉片信息的二維數組，其中各葉片信息的二維數組的行表征葉片分段的編號，各葉片信息的二維數組的列表征葉片分段所使用的翼型信息；定義多個容納翼型信息的二維數組，其中各翼型信息的二維數組的行表征不同的攻角，各翼型信息的二維數組的列表征不同攻角下的升力、阻力。

在一個實施例中，所述構建攜帶有變量信息的變量調整函數，并將基于仿真運行程序得到的變量值傳遞至所述變量調整函數中步驟，包括：構建變量調整函數，所述變量調整函數中定義有時間、風輪轉角兩個變量；在仿真程序開始運行后，根據所述變量調整函數獲取當前仿真時間、轉速；所述變量調整函數將所述仿真時間作為值傳遞至時間變量中；所述變量調整函數基于所述仿真時間和轉速得到風輪轉角值傳遞至風輪轉角變量中。