[发明专利]海上漂浮式风机尾流解析的建模方法和装置

说明书

本申请公开了一种海上漂浮式风机尾流解析的建模方法和装置。该方法在获取风机下游距离风机的轮毂中心x处的尾流特征宽度σ和风机的尾流中心迹线上的观测点到轮毂中心沿线的第一距离ysubgt;c/subgt;后确定风机尾流中心迹线迂回函数，并在获取风机纵摇时叶尖位移幅值Δx后确定幅值函数，从而建立海上漂浮式风机尾流解析模型。本申请实施例的海上漂浮式风机尾流解析的建模方法，充分考虑到了海上漂浮式风机在波浪作用下产生的大幅纵荡和纵摇运动，能够全面、准确、便捷地表征出海上漂浮式风机的尾流发展形态，从而更加精准地描绘出海上漂浮式风机的尾流分布特性，为海上风电场的优化算法迭代提供精确的数据基础，保障了海上风电场供电的长久性和稳定性。

技术领域

本申请涉及风力发电技术领域，尤其涉及海上漂浮式风机尾流解析的建模方法和装置。

背景技术

在风电场中，当平稳的气流吹过风机叶片带动风力机转动时，风力机从风中获取能量的同时会在其下游形成风速下降的尾流区，而在此区域内会形成尾流效应。举例来说，如图1所示，从海上风电场的尾流干扰航拍中可以清晰地看到上游风机尾流减速对下游风机运行产生了极大影响。并且，这是造成风电场功率损失、增加发电成本的最重要因素。所以，如不合理布置风机，风电场的功率损失可达40％以上。因此，必须对风电场各机位做合理排布才可最大程度摄取风能，降低发电成本，而风电场优化排布的关键在于准确获取风机尾流风场信息并建立风机尾流解析模型，以便在优化算法中快速迭代。

目前针对海上风电场优化排布的研究中，所采用的尾流解析模型均是基于固定式风机的研究成果。例如，专利CN108108562公开了一种基于高斯分布的风电机组尾流的解析建模方法，根据风速损失沿径向符合高斯分布且尾流半径呈线性膨胀的规律，推导出风电机组尾流区风速分布的计算模型，再根据对不同下游位置的尾流速度的分析，确定下游尾流边界系数的取值范围。专利CN108536907公开了一种基于简化动量定理的风电机组远场尾流解析建模方法，根据简化一维动量定理计算出下游距离x处的最大速度损失，再定义尾流边界，并计算出远场尾流区内任意位置处的速度损失，进而得到风电机组远场尾流区风速分布的计算模型。然而，与传统固定式风机不同，海上漂浮式风机在波浪作用下将产生大幅纵荡与纵摇运动，这会显著地增加海上漂浮式风机与风场的耦合作用，并将导致海上漂浮式风机与固定式风机在尾流分布特性方面存在显著差异。但是，现有研究主要是针对固定式风机尾流分布特性提出了相应的尾流解析模型，对海上漂浮式风机与风场的强耦合作用及其引起的风机尾流分布特性仍然不清，尚未有考虑海上漂浮式风机与风场耦合作用下的尾流解析模型。

发明内容

本申请的目的旨在至少在一定程度上解决上述的技术问题之一。

为此，本发明的第一个目的在于提出海上漂浮式风机尾流解析的建模方法，对固定式风机尾流分布的高斯尾流模型进行有效改进，从而更加适用于海上漂浮式风机尾流区的情况，能够全面、准确、便捷地表征海上漂浮式风机的尾流发展形态，从而更加精准地描绘海上漂浮式风机的尾流分布特性，为海上风电场的优化算法迭代提供精确的数据基础，保障海上风电场供电的长久性和稳定性。

本申请的第二个目的在于提出海上漂浮式风机尾流解析的建模装置。

为达到上述目的，本申请第一方面实施例提出了海上漂浮式风机尾流解析的建模方法，包括：

获取风机下游距离风机的轮毂中心x处的尾流特征宽度σ和风机的尾流中心迹线上的观测点到轮毂中心沿线的第一距离y_c；

根据尾流特征宽度σ和第一距离y_c确定风机尾流中心迹线迂回概率函数；

获取风机纵摇时叶尖位移幅值Δx；

根据叶尖位移幅值Δx确定幅值函数；

根据风机尾流中心迹线迂回概率函数和幅值函数建立海上漂浮式风机尾流解析模型。

可选的，获取风机下游距离风机的轮毂中心x处的尾流特征宽度σ，包括：