風(fēng)電場(chǎng)尾流效應(yīng)評(píng)估方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及風(fēng)電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種風(fēng)電場(chǎng)尾流效應(yīng)評(píng)估方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著風(fēng)能的大規(guī)模開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，風(fēng)電場(chǎng)的規(guī)模也不斷的增大，幾十臺(tái)甚至幾百臺(tái) 風(fēng)機(jī)的風(fēng)電場(chǎng)已較為常見(jiàn)，由于場(chǎng)地或自然環(huán)境的限制，風(fēng)電場(chǎng)的占地面積受到約束。由 此，尾流效應(yīng)在風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行中也越來(lái)越明顯，主要表現(xiàn)為全場(chǎng)發(fā)電量的減少和風(fēng)電機(jī)組故 障率的升高。對(duì)此，針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的尾流控制已經(jīng)成為當(dāng)下的研究熱點(diǎn)，而實(shí)施尾流控制的關(guān) 鍵前提是評(píng)估風(fēng)電場(chǎng)尾流效應(yīng)的大小。
[0003] 對(duì)于尾流效應(yīng)的模擬，目前可分為兩類：解析式法和計(jì)算流體力學(xué)方法，解析式法 對(duì)單臺(tái)機(jī)組尾流的模擬較為準(zhǔn)確，但對(duì)風(fēng)電場(chǎng)尾流效應(yīng)模擬時(shí)效果欠佳；而計(jì)算流體力學(xué) 模擬結(jié)果相對(duì)準(zhǔn)確，但需大量的計(jì)算資源，耗時(shí)較長(zhǎng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明實(shí)施例提供的一種風(fēng)電場(chǎng)尾流效應(yīng)評(píng)估方法及裝置，以快速準(zhǔn)確的對(duì)風(fēng)電 場(chǎng)的尾流效應(yīng)進(jìn)行模擬評(píng)估。
[0005] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種風(fēng)電場(chǎng)尾流效應(yīng)評(píng)估方法，包括：針對(duì) 風(fēng)電場(chǎng)中各風(fēng)電機(jī)組建立單機(jī)尾流效應(yīng)的風(fēng)速模型；通過(guò)所述風(fēng)速模型確定不同風(fēng)速的風(fēng) 吹過(guò)單臺(tái)風(fēng)電機(jī)組后在沿風(fēng)向傳播方向上距風(fēng)電機(jī)組不同距離處的風(fēng)速損耗；根據(jù)各風(fēng)電 機(jī)組在不同風(fēng)速下對(duì)應(yīng)的所述風(fēng)速損耗以及風(fēng)電機(jī)組的葉輪直徑，確定各風(fēng)電機(jī)組在相應(yīng) 風(fēng)速下的單機(jī)尾流效應(yīng)的影響范圍；對(duì)風(fēng)電場(chǎng)中各風(fēng)電機(jī)組在不同風(fēng)速下的所述風(fēng)速損耗 對(duì)應(yīng)其各自的所述影響范圍進(jìn)行疊加，評(píng)估風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)尾流效應(yīng)在不同區(qū)域的影響情況。
[0006] 本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種風(fēng)電場(chǎng)尾流效應(yīng)評(píng)估裝置，包括：風(fēng)速模型建立模塊， 用于針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)中各風(fēng)電機(jī)組建立單機(jī)尾流效應(yīng)的風(fēng)速模型；風(fēng)速損耗確定模塊，用于通 過(guò)所述風(fēng)速模型確定不同風(fēng)速的風(fēng)吹過(guò)單臺(tái)風(fēng)電機(jī)組后在沿風(fēng)向傳播方向上距風(fēng)電機(jī)組 不同距離處的風(fēng)速損耗；影響范圍確定模塊，用于根據(jù)各風(fēng)電機(jī)組在不同風(fēng)速下對(duì)應(yīng)的所 述風(fēng)速損耗以及風(fēng)電機(jī)組的葉輪直徑，確定各風(fēng)電機(jī)組在相應(yīng)風(fēng)速下的單機(jī)尾流效應(yīng)的影 響范圍；尾流效應(yīng)評(píng)估模塊，用于對(duì)風(fēng)電場(chǎng)中各風(fēng)電機(jī)組在不同風(fēng)速下的所述風(fēng)速損耗對(duì) 應(yīng)其各自的所述影響范圍進(jìn)行疊加，評(píng)估風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)尾流效應(yīng)在不同區(qū)域的影響情況。
[0007] 本發(fā)明實(shí)施例提供的風(fēng)電場(chǎng)尾流效應(yīng)評(píng)估方法及裝置，在對(duì)單臺(tái)的風(fēng)電機(jī)組所產(chǎn) 生的尾流效應(yīng)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上對(duì)全場(chǎng)的尾流效應(yīng)進(jìn)行疊加式的評(píng)估，從而較為準(zhǔn)確、有 效、快速的評(píng)估風(fēng)電場(chǎng)尾流效應(yīng)。本方案既適用于已建成風(fēng)電場(chǎng)尾流效應(yīng)的評(píng)估，又適用于 風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)前期微觀選址時(shí)尾流效應(yīng)的評(píng)估。
【附圖說(shuō)明】
[0008] 圖1為本發(fā)明提供的風(fēng)電場(chǎng)尾流效應(yīng)評(píng)估方法一個(gè)實(shí)施例的流程圖；
[0009] 圖2為本發(fā)明提供的風(fēng)電場(chǎng)尾流效應(yīng)評(píng)估方法另一個(gè)實(shí)施例的流程圖；
[0010] 圖3為現(xiàn)有技術(shù)中風(fēng)電機(jī)組在不同風(fēng)速下的推力系數(shù)曲線圖；
[0011] 圖4為本發(fā)明提供的不同風(fēng)速下、距風(fēng)電機(jī)組不同距離的風(fēng)速損耗結(jié)果曲線圖；
[0012] 圖5為本發(fā)明提供的風(fēng)電機(jī)組在各風(fēng)速段下尾流效應(yīng)的擴(kuò)散距離曲線圖；
[0013] 圖6為本發(fā)明提供的風(fēng)電機(jī)組的尾流效應(yīng)的影響角度范圍示意圖；
[0014] 圖7為本發(fā)明提供的風(fēng)電場(chǎng)尾流效應(yīng)區(qū)域疊加示意圖；
[0015] 圖8為本發(fā)明提供的上游風(fēng)電機(jī)組在下游風(fēng)電機(jī)組處尾流遮擋面積示意圖；
[0016]圖9為本發(fā)明提供的風(fēng)電場(chǎng)尾流效應(yīng)評(píng)估裝置一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017] 圖10為本發(fā)明提供的風(fēng)電場(chǎng)尾流效應(yīng)評(píng)估裝置另一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018] 附圖標(biāo)記說(shuō)明：
[0019] 同一風(fēng)速下風(fēng)電機(jī)組的所有影響距離xwake中的最大值；α-風(fēng)經(jīng)過(guò)風(fēng)電 機(jī)組后，尾流效應(yīng)的影響角度；rx,_-影響距離為xwal^_處的影響半徑；d-風(fēng)電機(jī)組葉輪直 徑；Ashad_in-第η個(gè)上游風(fēng)電機(jī)組在風(fēng)電機(jī)組i處的尾流遮擋面積；Aratl-風(fēng)電機(jī)組i的葉輪 掃風(fēng)面積；Awake-風(fēng)電機(jī)組在影響距離為xwake處對(duì)應(yīng)的影響圓面積x-風(fēng)電機(jī)組在影響距 離為xwalJi的影響半徑；r-風(fēng)電機(jī)組的葉輪半徑。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 本方案的發(fā)明構(gòu)思是，通過(guò)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)中各風(fēng)電機(jī)組建立單機(jī)尾流效應(yīng)的風(fēng)速模型 來(lái)獲取不同風(fēng)速下風(fēng)電機(jī)組因尾流效應(yīng)產(chǎn)生的風(fēng)速損耗，并確定相應(yīng)的單機(jī)尾流效應(yīng)的影 響范圍。然后根據(jù)各風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)速損耗按其各自對(duì)應(yīng)的影響范圍進(jìn)行尾流效應(yīng)的疊加， 從而最終獲取風(fēng)電場(chǎng)中，尤其是各風(fēng)電機(jī)組所在位置的尾流效應(yīng)影響情況。
[0021] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的風(fēng)電場(chǎng)尾流效應(yīng)評(píng)估方法和裝置進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0022] 實(shí)施例一
[0023] 圖1為本發(fā)明提供的風(fēng)電場(chǎng)尾流效應(yīng)評(píng)估方法一個(gè)實(shí)施例的流程圖，方法包括如 下步驟：
[0024]S110,針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)中各風(fēng)電機(jī)組建立單機(jī)尾流效應(yīng)的風(fēng)速模型。
[0025] 通常，坐落在下風(fēng)向的風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)速低于坐落在上風(fēng)向的風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)速，風(fēng) 電機(jī)組相距越近，前面風(fēng)電機(jī)組對(duì)后面風(fēng)電機(jī)組風(fēng)速的影響越大，這種現(xiàn)場(chǎng)稱為尾流效應(yīng)。 本方案基于尾流效應(yīng)的原理，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)中各風(fēng)電機(jī)組建立單機(jī)尾流效應(yīng)的風(fēng)速模型，該風(fēng) 速模型用于描述自由風(fēng)吹過(guò)單臺(tái)風(fēng)電機(jī)組后，以該風(fēng)電機(jī)組為起點(diǎn)沿風(fēng)速傳播方向上風(fēng)速 的變化情況。
[0026] 在建立上述風(fēng)速模型時(shí)，可參考風(fēng)電場(chǎng)的自然環(huán)境因素如環(huán)境湍流強(qiáng)度、各風(fēng)電 機(jī)組的地理位置、海拔高度等；以及風(fēng)電機(jī)組的技術(shù)參量如風(fēng)電機(jī)組的葉輪直徑、輪轂高度 以及風(fēng)電機(jī)組在各風(fēng)速段的推力系數(shù)等。本實(shí)施例中，對(duì)風(fēng)速模型的具體形式不作限定。
[0027]S120,通過(guò)風(fēng)速模型確定不同風(fēng)速的風(fēng)吹過(guò)單臺(tái)風(fēng)電機(jī)組后在沿風(fēng)向傳播方向上 距風(fēng)電機(jī)組不同距離處的風(fēng)速損耗。
[0028] 由風(fēng)速模型可獲知的不同風(fēng)速的自由風(fēng)吹過(guò)各單臺(tái)風(fēng)電機(jī)組后，以相應(yīng)風(fēng)電機(jī)組 為起點(diǎn)沿風(fēng)速傳播方向上風(fēng)速的變化情況，可以進(jìn)一步獲悉沿風(fēng)速傳播方向上距離風(fēng)電機(jī) 組不同位置處的風(fēng)速相對(duì)于初始的自由風(fēng)風(fēng)速的減小量，并將該減小量確定為風(fēng)速損耗。
[0029] S130,根據(jù)各風(fēng)電機(jī)組在不同風(fēng)速下對(duì)應(yīng)的風(fēng)速損耗以及風(fēng)電機(jī)組的葉輪直徑， 確定各風(fēng)電機(jī)組在相應(yīng)風(fēng)速下的單機(jī)尾流效應(yīng)的影響范圍。
[0030] 通常，風(fēng)電機(jī)組的尾流效應(yīng)的影響范圍與風(fēng)速的大小以及風(fēng)電機(jī)組葉輪的直徑有 著密切關(guān)系。當(dāng)葉輪直徑恒定時(shí)，隨著自由風(fēng)速的增大，尾流效應(yīng)的影響距離逐漸減小，沿 風(fēng)傳播方向距風(fēng)電機(jī)組相同距離位置的風(fēng)速損耗逐漸增大。同時(shí)，當(dāng)自由風(fēng)速恒定時(shí)，在尾 流效應(yīng)的影響距離范圍內(nèi)，隨著葉輪直徑的增大或沿風(fēng)傳播方向距風(fēng)電機(jī)組距離越遠(yuǎn)，尾 流效應(yīng)在垂直風(fēng)向的各平面上的影響面積就會(huì)展寬，并且當(dāng)風(fēng)速越大，展寬的幅度越大。
[0031] 因此，基于風(fēng)電機(jī)組的尾流效應(yīng)與風(fēng)速的大小以及風(fēng)電機(jī)組葉輪的直徑之間的關(guān) 系，可以通過(guò)數(shù)學(xué)計(jì)算等方式確定各風(fēng)電機(jī)組在相應(yīng)風(fēng)速下的單機(jī)尾流效應(yīng)的影響范圍。 在該影響范圍內(nèi)，距離風(fēng)電機(jī)組越近的位置對(duì)應(yīng)的風(fēng)速損耗越大。
[0032]S140,對(duì)風(fēng)電場(chǎng)中各風(fēng)電機(jī)組在不同風(fēng)速下的風(fēng)速損耗對(duì)應(yīng)其各自的影響范圍進(jìn) 行疊加，評(píng)估風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)尾流