[发明专利]一种利用二维Frandsen尾流模型对风力机尾流进行计算的方法

说明书

一种利用二维Frandsen尾流模型对风力机尾流进行计算的方法，其特征在于，它包括以下步骤：步骤1)提取风力机的推力系数Csubgt;T/subgt;，轮毂高度zsubgt;h/subgt;，地形粗糙度zsubgt;0/subgt;；步骤2)确定比例系数β和尾流扩散系数ksubgt;w/subgt;；步骤3)确定尾流压力恢复到来流压力时的尾流初始直径Dsubgt;1/subgt;；步骤4)确定尾流直径Dsubgt;w/subgt;；步骤5)确定尾流区假定速度Usubgt;F/subgt;；步骤6)确定高斯函数的标准偏差σ；步骤7)确定高斯函数的系数C；步骤8)确定尾流区的速度亏损分布；步骤9)确定尾流区的速度分布；通过以上步骤提高对尾流区流场的预测精度。

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种利用二维Frandsen尾流模型对风力机尾流进行计算的方法，可用于风电场尾流评估和微观选址等工作中。

背景技术

风力机的尾流效应是影响风电场整体发电量的主要因素之一。准确地评估尾流区的速度分布能够最优化风电场内风力机的布局，提高风电场的发电量。同时也能够为风电场的尾流控制提供重要的技术保障。目前，解析尾流模型依靠原理简单、计算快速等优点成为最常采用尾流评估模型。研究人员已经提出了多种解析尾流模型，其中，Jensen尾流模型是最早提出的一种尾流模型，该模型基于质量守恒和恒定速度亏损假设，提出了尾流区速度亏损的表达式，然而由于未考虑动量守恒假设，导致该模型对尾流的预测精度不高。为此，研究人员通过同时考虑质量守恒和动量守恒，开发了Frandsen尾流模型，但是该模型依然采用了恒定速度亏损的假设，导致模型计算的风力机尾流与实际情况相比具有一定偏差。

以上两种尾流模型均为一维尾流模型，已有研究表明，尾流区的速度亏损在整个风轮面内并非是恒定的，即尾流区的速度亏损并不是一维的。综合以上考虑，本发明基于Frandsen尾流模型和高斯函数，提出了一种利用二维Frandsen尾流模型对风力机尾流进行计算的方法，以提高对尾流区流场的预测精度。

发明内容

本发明的目的是为了提高对风力机尾流区流场的预测精度，提高风电场的发电量，为风电场的尾流控制提供重要的技术保障，而提供的一种利用二维Frandsen尾流模型对风力机尾流进行计算的方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种利用二维Frandsen尾流模型对风力机尾流进行计算的方法，具体步骤如下：

1)提取风力机的推力系数C_T，轮毂高度z_h，地形粗糙度z₀

根据风力机的出厂参数，提取风力机的推力系数C_T和轮毂高度z_h；根据风力机所处位置的地形形态(如草地、丘陵、山地等)，确定对应的地形粗糙度z₀。

2)确定比例系数β和尾流扩散系数k_w

根据公式(1)和公式(2)，计算比例系数β和尾流扩散系数k_w。其中比例系数β与风力机的推力系数C_T有关；尾流扩散系数k_w与风力机的轮毂高度z_h和地形粗糙度z₀有关，代表了尾流区的尾流半径沿流向方向的增加速率。

3)确定尾流压力恢复到来流压力时的尾流初始直径D₁

根据公式(3)计算尾流初始直径D₁，其中尾流初始直径D₁表示尾流区压力开始恢复到来流压力时的直径，通常要大于风力机的叶轮直径。