[发明专利]基于CFD短期风速预测风电场的扇区管理方法

说明书

技术领域：本发明涉及一种基于CFD短期风速预测的风电场扇区管理方法，尤其涉及一种适合于地形复杂的风电功率物理预测方法以及考虑风电场风机间尾流影响的扇区管理方法。

背景技术：近年来，我国风电产业发展势头强劲。风电目前是我国仅次于煤电和水电的第三大电源，“十二五”规划提出，到2015年风电并网装机将达到1亿千瓦以上，2020年达到2亿千瓦，风电是我国实现“十二五”和2020年非化石能源发展目标的最重要的可再生能源之一。2013年，中国(不包括台湾地区)，新增装机容量16088.7MW，同比增长24.1％；累计装机容量91412.89MW，同比增长21.4％。新增装机和累计装机两项数据均居世界第一。当前我国风电行业处于高速发展时期，大量机组集中投产。由于需求量过大，风电设备生产企业将重点放在风机生产制造上，没有对如何提升风机发电效率进行研究。

目前，国家越来越重视风能利用效率，然而在风场建设中，一部分电力投资公司缺乏针对地区特点(风资源情况和优化选型的风机性能)的风场建设依据；风力机布置间距控制方面主要还是依据经验。大容量风电机组、大规模风电场己经成为现代风力发电的主要发展方向，这不可避免的带来了一些新的空气动力学问题，尾流效应就是其中之一。尾流不仅对风力机的出力有影响，并且对风力机的结构疲劳也有影响。根据流体力学理论可知，流动的空气通过旋转的风力机叶片后会有动量损失，这时风力机尾流区域就会出现紊流，尾流区会出现湍流、涡流等现象，直接影响下游风力机的发电效率，使下游风力机性能下降，不能输出应有的最大功率，最终影响整个风场的总发电量。

风电场电力设备不能实时完全应对风电时变间歇对电网的冲击，风电功率预测技术提前提供给风电场和调度风电场未来风速和发电量信息，可以提高风电场的运行效率。该技术主要采用数值天气预报(NWP)作为数据来源。目前，对中尺度NWP数据的降尺度处理主要有以下2种方法：(1)采用诊断模型与解析算法分析风电场局地效应对流场的影响，这种方法计算量小，但精度不高。(2)采用计算流体力学模型动态模拟流场在风电场内的发展变化过程。这种方法可以获得比解析法更准确的流场分布，从而提高风速及风电功率预测精度，但具有如下难题：每次预测都需要求解Navier-Stokes方程(N-S方程)计算流场，计算量巨大，难以满足风电功率预测时效性的要求。

分散式风电场具有接入风机数量少、接入点分散、接入电压等级低等特点，国内外对分散式风电功率预测系统没有专门的研究，存在如下3个技术难题：(1)如何根据有限测风数据实现区域资源评估、微观选址和功率预测；(2)风电场建模会受到地形高程图、粗糙度、大气稳定度、边界层等一系列因素影响。如何建立准确的能反映风电场实际运行情况的物理模型；(3)如何根据气象数据和历史数据，基于物理和统计模型进行准确的功率预测。

发明内容：

发明目的：本发明提供一种基于CFD短期风速预测风电场的扇区管理方法，其目的是解决以往的方式所存在的效果不理想的问题。

技术方案：

一种基于CFD短期风速预测风电场的扇区管理方法，CFD即计算流体力学；

该方法包括如下步骤：

步骤1，建立风电场CFD流场特性数据库：

利用风电场地形高程、粗糙度等数据，建立风电场物理模型，得到CFD插件表，即风加速比数据库，针对可能出现的风电场来流条件对流场进行CFD预计算，将计算获得的流场加速比数据存入数据库中，建立风电场流场特性加速比数据库，利用该数据库可以将测风塔位置的风速外推至每台风机轮毂高度处的风速，输出风机轮毂高度处的预测风速和风速变化趋势，避免每次运行预测模型时都进行建模工作，有效提高预测速度；

步骤2，建立基于计算流体力学修正风电机组数据的虚拟测风塔：