一种基于三角函数的风电机组尾流计算方法、装置及存储介质与流程

1.本发明属于风电场微观选址技术领域，具体涉及一种基于三角函数的风电机组尾流计算方法、装置及存储介质。


背景技术：

2.随着工业技术进步，风力发电和光伏发电等可再生能源在能源体系中占据越来越大的比重，未来风力发电在新型电力系统中占据重要地位，如何高效利用风能将是我们面临的重大问题。在风电场开发中，机组之间的尾流干涉对机组发电量和载荷有着显著的影响，如何评估风电机组的尾流是风电场开发中的一个重要问题。
3.当前，研究人员开发出了一些适用于风电场尾流计算的模型，多数模型基于jensen尾流模型进行改进，模型也未考虑大气稳定度对尾流发展的影响。jensen尾流模型假定尾流区内速度呈线性分布，与实际尾流演化规律并不一致；另外，风电机组通常工作在非中性大气中，也现在尾流模型沿用的中性大气边界层假设也不一样；以上两个因素给风电机组尾流效应评估引入了较大的误差，因此有必要对模型进行相应的改进。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题，本发明提供了一种基于三角函数的风电机组尾流计算方法、装置及存储介质，能够显著提高风电机组尾流计算精度，从而有效提高风电场微观选址水平。
5.本发明是通过以下技术方案来实现：
6.本发明公开了一种基于三角函数的风电机组尾流计算方法，包括：
7.s1：确定风电场的环境参数，计算风电场区大气稳定度函数；
8.s2：根据s1得到的大气稳定度函数计算地表摩擦速度；
9.s3：根据s2得到的地表摩擦速度计算近地层湍流强度；
10.s4：根据s3得到的近地层湍流强度计算尾流扩张系数；
11.s5：建立jensen尾流模型，并根据s4得到的尾流扩张系数计算尾流半径；计算jensen尾流模型的风速分布；
12.s6：建立基于三角函数的尾流模型，修正s5得到的jensen尾流模型的风速分布计算结果，得到风电机组的尾流速度。
13.优选地，s1中，风电场的环境参数包括来流速度u
∞
、地表粗糙度z0、obukhov长度l和当地纬度φ。
14.进一步优选地，s1中，风电场区大气稳定度函数ψm(ζ)基于大气边界层monin-obukhov相似理论计算得到：
[0015][0016]
其中，z为法向坐标，中间变量t＝(1-15ζ)
1/4
，是无量纲稳定度参数。
[0017]
进一步优选地，s2中，利用下式计算得到地表摩擦速度u
*
：
[0018][0019]
其中κ是冯卡门常数，zh是机组轮毂高度。
[0020]
进一步优选地，s3具体为：
[0021]
近地层的流向速度脉动σ
u，s
＝2.5u
*
，近地层的流向湍流强度近地层的展向湍流强度其中，f＝2ωsin(φ)，f为科氏力，地球自转周期ω＝7.29
×
10-5
rad/s；其中，f＝2ωsin(φ)，f为科氏力，地球自转周期ω＝7.29
×
10-5
rad/s。
[0022]
进一步优选地，s4中，尾流扩张系数kw＝0.223i
v，h
0.022。
[0023]
进一步优选地，s5具体为：
[0024]
利用线性假设建立jensen尾流模型尾流半径计算方法。初始尾流半径∈＝-1.91kw 0.34；尾流半径r根据求得，其中，x为流向坐标；
[0025]
计算jensen风速分布，其中，轴向诱导因子c
t
为风电机组的推力系数，为初始尾流半径。
[0026]
优选地，s6中，风电机组的尾流速度
[0027]
本发明公开了一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的基于三角函数的风电机组尾流计算方法的步骤。
[0028]
本发明公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的基于三角函数的风电机组尾流计算方法的步骤。
[0029]
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
[0030]
本发明公开的基于三角函数的风电机组尾流计算方法，采用三角函数假设替换jensen模型的尾流均匀分布假设，速度分布更接近于真实尾流发展规律，能更加有效地反映尾流演化特点。在尾流扩张系数计算时引入大气边界层理论，可考虑地表粗糙度和大气稳定度对尾流发展的影响，极大地拓展尾流计算方法的应用范围。因此，采用此方法计算风
电机组尾流效应能有效提升风电场微观选址水平。
附图说明
[0031]
图1为本发明的基于三角函数的风电机组尾流计算方法的流程示意图；
[0032]
图2为基于三角函数的尾流速度分布示意图。
具体实施方式
[0033]
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
[0034]
如图1和图2，本发明的基于三角函数的风电机组尾流计算方法，包括以下步骤：
[0035]
步骤1：给定风电场用于计算尾流效应的环境因素，包括来流速度u
∞
、地表粗糙度z0、obukhov长度l和当地纬度φ。
[0036]
步骤2：基于大气边界层monin-obukhov相似理论，利用下式计算得到大气稳定度函数ψm(ζ)：
[0037][0038]
其中，是无量纲稳定度参数，z为法向坐标，中间变量t＝(1-15ζ)
1/4
。
[0039]
步骤3：利用下式计算得到地表摩擦速度u
*
：
[0040][0041]
其中κ是冯卡门常数，zh是机组轮毂高度。
[0042]
步骤4：利用地表摩擦速度计算近地层湍流强度。近地层的流向速度脉动σ
u，s
＝2.5u
*
，近地层的流向湍流强度近地层的展向湍流强度其中，f＝2ωsin(φ)，f为科氏力，地球自转周期ω＝7.29
×
10-5
rad/s。
[0043]
其中，f＝2ωsin(φ)，f为科氏力，地球自转周期ω＝7.29
×
10-5
rad/s。
[0044]
步骤5：建立尾流扩张系数和近地层湍流强度之间的关系，尾流扩张系数kw＝0.223i
v，h
0.022。
[0045]
步骤6：利用线性假设建立jensen尾流模型尾流半径计算方法。初始尾流半径∈＝-1.91kw 0.34；尾流半径r根据求得，其中x为流向坐标。
[0046]
步骤7：计算jensen风速分布，其中轴向诱导因子ct
为风电机组的推力系数；为初始尾流半径。
[0047]
步骤8：建立基于三角函数的尾流模型，修正风电机组尾流速度计算结果，即
[0048]
下面以一个具体实施例来对本发明进行进一步的解释说明：
[0049]
步骤1：给定某风电场的输入参数：
[0050]u∞
＝8.5m/s，zh＝70m，d＝80m，z0＝0.05m，l＝∞，φ＝47
°
，c
t
＝0.8；
[0051]
步骤2：由l＝∞可知ζ＝0，代入大气稳定度函数得到ψm(0)＝0；
[0052]
步骤3：利用monin-obukhov相似理论计算地表摩擦速度u
*
＝0.47m/s；
[0053]
步骤4：利用经验公式计算近地层内的流向速度脉动大小σ
u，s
＝1.175m/s，并依据定义计算流向湍流强度i
u，s
＝0.138，进一步可以算出展向湍流强度i
v，s
＝0.110；
[0054]
步骤5：根据本发明提出的线性关系式，结合实际风况，取γ＝0.8，可以计算出i
v，h
＝0.088；
[0055]
步骤6：依据公式计算尾流计算方法的扩张系数，得到kw＝0.042，∈＝0.26：
[0056]
步骤7：设风力机推力系数为0.8，根据jensen模型即可得到尾流中心位置处的风速分布，例如在风力机下游5d位置处，尾流速度uj＝7.055m/s；
[0057]
步骤8：基于三角函数的尾流模型，修正风电机组尾流速度计算结果，例如在风力机下游5d位置处，尾流速度uw＝7.048m/s。
[0058]
本发明还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现本发明所述基于三角函数的风电机组尾流计算方法的步骤。
[0059]
本发明基于三角函数的风电机组尾流计算方法可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本发明基于三角函数的风电机组尾流计算方法如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
[0060]
基于这样的理解，在示例性实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于该计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读存储介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。其中，所述计算机存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或数据存储设备，包括但不限于磁性存储器(例如软盘、硬盘、磁带、磁光盘(mo)等)、光学存储器
(例如cd、dvd、bd、hvd等)、以及半导体存储器(例如rom、eprom、eeprom、非易失性存储器(nandflash)、固态硬盘(ssd))等。
[0061]
在示例性实施例中，还提供计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述基于三角函数的风电机组尾流计算方法的步骤。处理器可能是中央处理单元(centralprocessingunit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digitalsignalprocessor、dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmablegatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。
[0062]
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
[0063]
以上所述仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。