[发明专利]基于风电场气动模拟和风速风向数据的分析方法

说明书

本发明属于风电技术领域，尤其涉及一种基于风电场气动模拟和风速风向数据的分析方法，包括：基于风电场地形数据，建立风电场物理模型；建立包含风力机旋转叶轮的风电场模型；获取风力机安装位置的风速数据及风力机的主流偏航风向数据；基于建立的风电场模型，根据主流的风速、风向数据，获取各种统计风况下含有风力机叶片的风场气动特性数据，分析尾迹影响，及尾迹与尾迹间的相互干扰，获取尾迹影响数据及尾迹与尾迹间的相互干扰数据。本发明评估了复杂地形及风力机尾迹对风电场功率输出的影响，提高了复杂湍流工况下风电场功率预测的精度，为风电场前期规划、气动控制策略的优化设计及运行期优化调控提供了有力支持。

技术领域

本发明属于风电技术领域，尤其涉及一种基于风电场气动模拟和风速风向数据的分析方法。

背景技术

风能已成为当今世界范围内发展最快的可再生能源。风电场通过规模效益，能够充分利用风能资源、降低风场建设与维护费用，但尾流效应引发的机组气动耦合将降低风场风能捕获总量。风场中上风位机组捕获风能后，将使下风位机组附近风速下降，从而导致其发电功率降低。尾流效应受机组间距影响，间距越近尾流效应越显著。大型风电场受场地等条件限制，机组间距有限，尾流效应将引发相当程度的风能损失。目前主要通过在风场规划阶段优化机组排列方式，在盛行风顺风方向取较大间距而在侧风方向选取较小间距以减低尾流损失。由于实际风速、风向不断变化，一旦风速有异于规划考虑的条件，尾流损失仍将相当严重。因此，风轮尾迹的流动方向一直是风力机空气动力学领域的重要研究工作。越来越多的研究表明，风力机尾迹对风力机的设计和性能预估有不可忽略的影响。因此，能否准确评估复杂地形及风力机尾迹对风电场功率输出的影响，保证复杂湍流工况下风电场功率预测的精度，直接影响到风电场前期规划及气动控制策略的优化设计。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种基于风电场气动模拟和风速风向数据的分析方法，评估复杂地形及风力机尾迹对风电场功率输出的影响，提高复杂湍流工况下风电场功率预测的精度，为风电场前期规划、气动控制策略的优化设计及运行期的优化调控，提供有力支持。

本发明提供了一种基于风电场气动模拟和风速风向数据的分析方法，包括：

基于风电场地形数据，建立风电场物理模型；其中，风电场地形数据包括风电场地形等高线和粗糙度数据；

基于建立的风电场物理模型，风力机位置及风力机高度数据，结合虚拟叶片模型建立包含风力机旋转叶轮的风电场模型；

基于年统计周期内风向风速数据或实测数据，大气湍流边界层的影响数据，获取风力机安装位置的风速数据及风力机的主流偏航风向数据；

基于建立的风电场模型，根据主流的风速、风向数据，获取各种统计风况下含有风力机叶片的风场气动特性数据，分析尾迹影响，及尾迹与尾迹间的相互干扰，获取尾迹影响数据及尾迹与尾迹间的相互干扰数据。

进一步地，基于建立的风电场物理模型，风力机位置及风力机高度数据，结合虚拟叶片模型建立包含风力机旋转叶轮的风电场模型，具体包括：

基于建立的风电场物理模型，根据每台风力机的安装点坐标(x，y)和风力机的轮毂高度信息h，确定虚拟叶片的中心点坐标(x，y，h)，并根据叶片长度确定虚拟旋转叶轮的直径D；

根据风力机叶片长度，将叶片沿展向方向划分为多个截面，根据每个对应的截面翼型信息，获取-180度到180度范围内的气动力数据，用于虚拟叶片模型计算过程中叶片力的计算；

基于CFD求解器，将叶轮信息和叶片信息输入模型，完成模型设定；其中，叶轮信息包括旋转中心点、叶片长度、叶片数、转速及偏航角度，叶片信息包括截面翼型，扭角，变桨。

进一步地，大气湍流边界层的影响数据根据风资源统计数据，基于不包含风力机的复杂地形的风电场模型和3-D雷诺平均方程分析获得。

进一步地，该分析方法还包括：