[发明专利]一种基于双变量高斯函数的尾流计算方法、装置及存储介质

说明书

本发明公开了一种基于双变量高斯函数的尾流计算方法、装置及存储介质，属于风电机组尾流计算技术领域。首先根据现场测量数据，获得风电机组前方的来流速度、展向湍流强度、垂向湍流强度，风电机组的轮毂高度、叶轮直径和推力系数；计算得到尾流扩张系数；根据尾流扩张系数计算初始尾流半径；根据上面得到的尾流扩张系数和初始尾流半径计算展向和垂向的尾流半径；根据得到的展向和垂向的尾流半径，求得尾流区速度亏损。本发明采用的假设比传统尾流计算方法的假设更接近实际发展特点，使得本发明提出的尾流计算方法能更好预测尾流中心点的速度，同时还能给出展向和法向的尾流速度演化规律。

技术领域

本发明属于风电机组尾流计算技术领域，具体涉及一种基于双变量高斯函数的尾流计算方法、装置及存储介质。

背景技术

近年来，风力发电技术取得了非常大的进步，发电成本迅速降低，目前已经能达到与常规火力发电技术同台竞争的水平。像风力发电这样的低成本绿色能源将逐步替代传统的化石能源，在能源体系中占据更为核心的地位。为了实现更大规模的发电量，风电规划正在走向集约化、基地化的发展路径，导致风电机组的尾流效应更为显著，影响整个风电场的发电量和各机组的疲劳载荷。然而，从科学研究和工程应用两方面看，如何定量刻画风电机组的尾流发展规律仍然面临着巨大的挑战。为方便工程应用，研究人员开发出了不同的解析尾流计算方法，也称尾流模型。

目前工程中使用较多的尾流计算方法是Jensen尾流模型[1]。该模型假设机组下游的尾流线性发展，且尾流在同一垂直平面内均匀分布，基于质量守恒定律和动量守恒定律，给出了一个简便易行的尾流计算方法。学者通过与风电场测试数据进行对比，发现Jensen模型采用的速度分布假设与实测结果差别较大，认为尾流速度应该遵循类似正/余弦的分布规律。基于上述考虑，田琳琳等提出了一个余弦尾流模型，并引入了机组湍流对尾流的影响。通过对大量实验数据和数值仿真结果进行数据拟合，Bastankhah等[2]认为尾流分布应该遵循高斯分布，创新性的提出了高斯尾流模型。该模型一经提出，引起了学术界的广泛关注，研究人员对其进行了大量的改进。高斯尾流模型基于合理的假设和严密的数学推导，能对尾流区内的速度分布提供较好的描述。和Jensen模型一样，高斯尾流模型也假设尾流线性扩张，因此需要通过实验或者数值仿真确定扩张系数。不同学者对如何确定尾流扩张系数进行了大量的研究，如Abkar等[3]通过对大涡模拟数据进行拟合后给出了和湍流强度相关的尾流扩张系数计算方法，而Fuertes等[4]提出采用风场实验数据来修正尾流扩张系数。与Jensen模型和高斯模型不同的是，Ishihara等[5]采用高精度风洞实验数据建立了一个非线性的高斯尾流模型。高斯模型通常认为风电机组的入流为均匀流场，而机组实际工作在大气边界层中，入流通常存在较大的切变，为此Sun等[6]假设入流速度满足对数律，提出了一个三维尾流模型，以考虑入流风沿高度方向的变化。

以上文献报道的尾流模型均假定在同一个流向位置速度亏损剖面遵循轴对称的高斯分布，即在展向和垂向遵循相同的分布规律。然而，高精度数值仿真结果表明，两个方向上的速度亏损恢复快慢并不相同，导致轴对称的高斯分布假设与实际情况并不相符。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于双变量高斯函数的尾流计算方法、装置及存储介质，比传统尾流计算方法的假设更接近实际发展特点，能够更好地预测尾流中心点的速度，同时还能给出展向和法向的尾流速度演化规律。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种基于双变量高斯函数的尾流计算方法，包括：

S1：根据现场测量数据，获得风电机组前方的来流速度U_∞、展向湍流强度I_y、垂向湍流强度I_z，风电机组的轮毂高度z_h、叶轮直径D和推力系数C_t；

S2：假定无量纲的尾流速度亏损为双变量高斯函数，计算得到双变量高斯函数中的尾流扩张系数k_y和k_z；