一种基于尾流分解方法的偏航风力机尾流速度亏损剖面预测方法技术

本发明专利技术提出一种基于尾流分解方法的偏航风力机尾流速度亏损剖面预测方法。本发明专利技术所述方法通过将尾流剖面进行分解，能更具物理意义的考虑偏航导致的尾流速度亏损剖面不对称性。且可以直接通过改进已有的尾流分析模型建立新的偏航叶轮尾流分析模型，从而提高其预测精度，改善风电场偏航控制效益。改善风电场偏航控制效益。改善风电场偏航控制效益。

【技术实现步骤摘要】
一种基于尾流分解方法的偏航风力机尾流速度亏损剖面预测方法


[0001]本专利技术属于风力机尾流模型技术和风场数据分析技术交叉领域，特别是涉及一种基于尾流分解方法的偏航风力机尾流速度亏损剖面预测方法。

技术介绍

[0002]风力机叶轮尾流偏航控制是风电场实时优化控制方法中最有效也是最直接的控制方式之一。如何快速准确的预测不同偏航状态下风力机叶轮尾流的速度场对于风电场中风力机叶轮尾流的实时控制具有重要影响。传统的尾流分析模型(analytical model)能够快速准确的对尾流速度场进行预测，但传统的尾流分析模型都是基于非偏航工况下的风力机叶轮尾流所建立。而偏航状态下风力机叶轮尾流与非偏航风力机叶轮尾流并不相同，偏航状态下风力机叶轮尾流不仅在流向方向上向一侧发生偏移，尾流同时还发生畸变。
[0003]此外，现有的偏航风力机叶轮尾流分析模型都是在传统风力机尾流模型的基础上改进得到。虽然绝大部分偏航叶轮尾流分析模型都能很好的对尾流偏移进行预测，但大部分偏航叶轮尾流分析模型都假设偏航叶轮尾流速度亏损展向分布形式与非偏航状态相同，都近似为高斯分布。即其忽略了偏航状态下叶轮推力在横风方向的非零分量所导致的速度亏损展向分布的不对称。尽管有少量研究考虑了偏航导致的尾流不对称，但其尾流速度亏损展向分布函数是通过对已有数据根据经验拟合得到，这使得尾流速度亏损剖面形式非常复杂。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的是为了解决现有的偏航叶轮尾流分析模型的不足的缺陷问题，提出了一种基于尾流分解方法的偏航风力机尾流速度亏损剖面预测方法。该方法所得到的尾流速度亏损剖面不仅形式简单，且能够直观的得到偏航叶轮尾流速度亏损剖面与偏航角之间的关系。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术提出一种基于尾流分解方法的偏航风力机尾流速度亏损剖面预测方法，所述方法具体包括：
[0006]步骤一：将尾流速度亏损剖面分为左右两部分，并分别得到左右两侧归一化速度亏损剖面分布形式；
[0007]步骤二：获得两侧归一化的速度亏损剖面分布形式与偏航角之间的关系，该过程需要结合已有实测或模拟数据；
[0008]步骤三：获得系数a，b与偏航角之间的关系；利用已有的经验公式计算速度亏损特征值U
s
，尾流整体宽度以及尾流中心位置C
u
的流向发展函数，通过引入一非对称性系数来描述左右两侧特征宽度的占比，来考虑偏航导致的尾流速度亏损剖面的不对称，且当得到A
u
与偏航角之间的关系后，结合δ能够直接得到左右两侧速度亏损剖
面特征宽度和在不同偏航状态下的流向发展函数。
[0009]进一步地，所述步骤一具体为：首先确定速度亏损剖面中心位置，并从中心位置处将速度亏损剖面分为左右两部分，然后分别定义左右两侧速度亏损剖面特征值，最后分别用各自的特征值对左右两侧速度亏损剖面进行归一化处理，得到左右两侧归一化的速度亏损剖面。
[0010]进一步地，所述步骤二具体为：定义一个分布函数来描述速度亏损剖面，所述分布函数形式为exp(
‑
aη2‑
bη4)，其中η为归一化展向位置坐标，a和b为考虑偏航影响所引入的两个系数，然后通过建立系数a，b与偏航角之间的关系来考虑偏航对归一化速度亏损剖面的影响。
[0011]进一步地，通过尾流分解将尾流速度剖面分为左右两个部分，所得到的尾流速度剖面分布形式如下：
[0012][0013]其中
[0014][0015]进一步地，通过尾流分解，将偏航导致的尾流速度亏损剖面不对称性分为两部分来考虑，即归一化速度亏损剖面的变化和左右两侧特征宽度比值的变化；其中偏航对归一化速度亏损剖面的影响通过a，b两个系数来描述，a，b两个系数与偏航角之间的关系为：
[0016]a＝k
a
θ+a0，
[0017]b＝k
b
θ+b0，
[0018]其中a0与b0通过现有传统模型得到，k
a
，k
b
需要通过已有数据确定。
[0019]进一步地，左右两侧特征宽度比值A
u
流向发展斜率具有如下形式：
[0020][0021]其中θ
cri
为偏航角临界值，其值与风力机叶尖速比λ的关系为sinθ＝2U
∞
/(ΩD)＝1/λ，k
θ
需要通过已有数据确定，叶尖速比定义为λ＝0.5ΩD/U
∞
,其中Ω为叶轮转速；D为叶轮直径；U
∞
为来流速度。
[0022]进一步地，所述速度亏损剖面中心位置定义为速度亏损最大值所在位置。
[0023]进一步地，所述速度亏损剖面特征值包括速度亏损特征值和尾流宽度特征值。
[0024]本专利技术提出一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述一种基于尾流分解方法的偏航风力机尾流速度亏损剖面预测方法的步骤。
[0025]本专利技术提出一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现所述一种基于尾流分解方法的偏航风力机尾流速度亏损剖面预测方法的步骤。
[0026]本专利技术至少具有如下优点：本专利技术设计合理、形式简单。通过将尾流剖面进行分
解，能更具物理意义的考虑偏航导致的尾流速度亏损剖面不对称性。且可以直接通过改进已有的尾流分析模型建立新的偏航叶轮尾流分析模型，从而提高其预测精度，改善风电场偏航控制效益。
附图说明
[0027]图1为建立尾流速度亏损剖面预测方法的流程图；
[0028]图2为偏航工况下风力机示意图；
[0029]图3为尾流剖面分解及左右两侧特征值定义示意图；
[0030]图4为风洞实测数据所得到的归一化左右两侧速度亏损剖面示意图；
[0031]图5为归一化速度亏损分布函数系数与偏航角线性拟合图；
[0032]图6为不对称性系数A
u
线性拟合图；
[0033]图7为不对称性系数A
u
斜率与偏航角关系图。
具体实施方式
[0034]下面将结合本专利技术实施例中的附图对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0035]实施例一：
[0036]本专利技术目的是更具物理意义的结合已有尾流数据使得偏航叶轮尾流分析模型预测更准确，且形式更简单从而更适用于工程领域。
[0037]本专利技术提出一种基于尾流分解方法的偏航风力机尾流速度亏损剖面预测方法，所述方法具体包括：
[0038]步骤一：将尾流速度亏损剖面分为左右两部分，并分别得到左右两侧归一化速度亏损剖面分布形式；
[本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于尾流分解方法的偏航风力机尾流速度亏损剖面预测方法，其特征在于，所述方法具体包括：步骤一：将尾流速度亏损剖面分为左右两部分，并分别得到左右两侧归一化速度亏损剖面分布形式；步骤二：获得两侧归一化的速度亏损剖面分布形式与偏航角之间的关系，该过程需要结合已有实测或模拟数据；步骤三：获得系数a，b与偏航角之间的关系；利用已有的经验公式计算速度亏损特征值U
s
，尾流整体宽度以及尾流中心位置C
u
的流向发展函数，通过引入一非对称性系数来描述左右两侧特征宽度的占比，来考虑偏航导致的尾流速度亏损剖面的不对称，且当得到A
u
与偏航角之间的关系后，结合δ能够直接得到左右两侧速度亏损剖面特征宽度和在不同偏航状态下的流向发展函数。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤一具体为：首先确定速度亏损剖面中心位置，并从中心位置处将速度亏损剖面分为左右两部分，然后分别定义左右两侧速度亏损剖面特征值，最后分别用各自的特征值对左右两侧速度亏损剖面进行归一化处理，得到左右两侧归一化的速度亏损剖面。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤二具体为：定义一个分布函数来描述速度亏损剖面，所述分布函数形式为exp(
‑
aη2‑
bη4)，其中η为归一化展向位置坐标，a和b为考虑偏航影响所引入的两个系数，然后通过建立系数a，b与偏航角之间的关系来考虑偏航对归一化速度亏损剖面的影响。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过尾流分解将尾流速度剖面分为左右两个部分，所得到的尾流速度剖面分布形式如下：其中5.根据权利要求4所述的方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：赖马树金，熊雪露，李惠，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：