申请/专利权人：昆明理工大学

申请日：2023-10-13

公开（公告）日：2024-06-18

公开（公告）号：CN117313399B

主分类号：G06F30/20

分类号：G06F30/20;G06T17/00;G06F30/28;G06F119/14;G06F113/08;G06F113/06

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.18#授权;2024.01.16#实质审查的生效;2023.12.29#公开

摘要：本发明公开了一种适用于复杂地形的水平轴风力机三维各向异性超高斯全尾流模型的建立及应用方法，涉及风力发电技术领域。该方法的步骤包括：获取风电机组参数以及风电场环境参数，基于能量守恒定律得到垂直方向上均匀来流条件下适用于复杂地形的二维超高斯尾流风速分布；再在垂直方向上考虑风切变效应、Coanda效应以及风加速效应，得到垂直方向上考虑风切变工况的适用于复杂地形的二维超高斯风速分布；最后结合水平方向上对称的超高斯分布，得到整个复杂地形水平轴风力机三维各向异性超高斯全尾流模型，代入风电场和风力机以及空间位置参数，得到任意位置尾流风速。此模型能更准确的描述复杂地形风力机下游尾流区任意空间位置的尾流分布情况。

主权项：1.一种适用于复杂地形的水平轴风力机三维各向异性超高斯全尾流模型的建立及应用方法，特征在于，具体步骤如下：S1.获取风电机组参数以及风电场环境参数；S2.构建均匀来流下三维超高斯尾流风速分布的归一化速度衰减公式，依此得到垂直方向上均匀来流条件下适用于复杂地形的二维超高斯尾流模型，并对其中参数求解，进而得到垂直方向上均匀来流条件下适用于复杂地形的二维超高斯尾流风速分布；S3.考虑垂直方向上的由风切变效应、Coanda效应以及风加速效应生成的风速曲线与均匀来流之间的速度差导致质量差，对均匀来流条件下二维超高斯尾流模型进行修正，得到垂直方向上考虑风切变工况的适用于复杂地形的二维超高斯风速分布；S4.根据考虑风切变工况的二维超高斯风速分布求解水平方向全尾流风速分布，结合垂直方向上超高斯尾流风速分布与水平方向上全尾流风速分布，构建出适用于复杂地形的三维各向异性超高斯全尾流模型；S5.获取待测风电场的环境参数和风电机组参数，代入步骤S4中的模型中，得到复杂地形的三维各向异性超高斯全尾流风速分布；所述步骤S2具体如下：S2-1.构建均匀来流下三维超高斯尾流风速分布的归一化速度衰减公式，如下所示： 其中，u0表示轮毂高度处来流风速，u0x,y,z表示均匀入流的三维超高斯尾流模型的预测速度；表示出现在尾流中心的每个下游位置的最大归一化速度亏损；为超高斯形状函数；表示距离风机的轴向距离；表示特征尾流宽度；表示距尾流中心的径向距离，其表达式为y表示距离尾流中心线的水平距离，z表示距离地面的垂直距离，z0为风力机轮毂高度，Δz为风力机在复杂地形中尾流下沉高度；S2-2.令上式r中的参数y趋近于0得到垂直方向上均匀入流条件下适用于复杂地形的二维超高斯尾流模型的速度分布： 其中，z1的表达式为z1＝|z-z0+Δz|，通过应用整体质量和动量守恒定律并忽略动量方程中的粘性和压力项，再进行参数拟合得到上式速度分布中参数表达式如下： 其中，I0表示环境湍流强度，β是关于CT的一个函数，其表达式为：af的值由当cf＝2.98、时等于a得到，a为轴向诱导因子，其表达式为：cf的表达式如下： 由此得到垂直方向上均匀来流条件下下适用于复杂地形的二维超高斯尾流风速分布为： 所述步骤S4的具体步骤如下：S4-1.任意高度水平剖面速度分布为： S4-2.所述复杂地形三维各向异性超高斯全尾流模型，其计算公式如下： 其中，u0表示轮毂高度处来流风速，x表示距离风机的轴向距离，y表示距离尾流中心线的水平距离，z表示距离地面的垂直距离，z0为风力机轮毂高度，z1为垂直方向参数，Δz为风力机在复杂地形中尾流下沉高度，ΔSx,z为山坡上的分数加速比，α为风剪切系数，e是自然常数，a是轴向诱导因子，r0为初始尾流半径，CT为推力系数；其中，ry和rz分别表示水平方向和垂直方向上尾流中心到尾流边界的距离，其表达式分别为： 和分别表示水平方向和垂直方向上的特征尾流宽度，其表达式分别为:

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