申请/专利权人：浙江远算科技有限公司

申请日：2023-12-21

公开（公告）日：2024-03-22

公开（公告）号：CN117454721B

主分类号：G06F30/23

分类号：G06F30/23;G06F30/28;G06F113/06;G06F113/08;G06F119/14

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.22#授权;2024.02.13#实质审查的生效;2024.01.26#公开

摘要：本发明公开了基于数字仿真实验的风电场尾流叠加效应评估方法和介质，属于风电场技术领域。现有风电场尾流计算方法，通过一维尾流数学模型考虑距风电机组不同距离处的风速损耗，但风速损耗的计算存在诸多不确定因素，影响风电场尾流叠加效应的准确评估。本发明的基于数字仿真实验的风电场尾流叠加效应评估方法，通过构建尾流计算流体动力学模型、尾流效应元模型形成三维数字仿真实验手段，可以直接计算出处于尾流区域的风机风速，无需计算风速损耗，从而可以有效避免周边环境以及人工误差的影响；同时能对上游风机群尾流效应进行叠加，评估分析对下游风机的影响规律，因而可以有效提高风电场尾流叠加效应评估的准确性。

主权项：1.基于数字仿真实验的风电场尾流叠加效应评估方法，其特征在于：包括以下步骤：第一步，获取风电场结构信息以及工况数据；第二步，根据风电场结构信息以及工况数据，将预先构建的尾流计算流体动力学模型进行转化，得到尾流效应元模型；第三步，通过尾流效应元模型，对风速及风向监测数据进行处理，得到上游风机尾流区域若干位置处的速度，形成尾流速度数据集；第四步，利用预先构建的尾流评估数字化模型对尾流速度数据集进行处理，得到多个单机尾流影响区域；第五步，采用预先构建的尾流叠加效应仿真模型，对多个单机尾流影响区域进行叠加，得到复合尾流效应，实现基于数字仿真实验的风电场尾流叠加效应评估；所述第二步中，构建尾流计算流体动力学模型的方法如下：步骤21.根据风机尺寸信息，生成风力发电机的几何网格信息以及网格类型；步骤22.根据工况数据，在几何网格信息以及网格类型的基础上，设置风况条件及运行条件，得到叶片风力数据；步骤23.基于叶片风力数据，使用致动盘仿真单元代替风机全尺寸转子，进行计算流体动力学仿真，完成尾流计算流体动力学模型的构建；使用致动盘仿真单元代替风机全尺寸转子的方法如下：步骤231.计算作用在转子上的力，其包括作用在叶片单元上的升力和曳力；作用在叶片单元上的升力通过密度、升力系数、叶片弦长、叶片翼型截面径向位置、叶轮的半径、攻角、雷诺数和相对速度进行计算；作用在叶片单元上的曳力通过密度、曳力系数、叶片弦长、叶片翼型截面径向位置、叶轮的半径、攻角、雷诺数和相对速度进行计算；相对速度为入流风速与旋转角速度的相对速度；步骤232.根据作用在叶片单元上的升力和曳力，基于致动盘算法，计算升力系数和曳力系数；步骤233.基于升力系数、曳力系数、叶片数目、密度、叶片弦长、入流角、叶片翼型截面径向位置和相对速度，计算得到作用在致动盘上的轴向力和切向力，实现全尺寸风机转子的代替；将尾流计算流体动力学模型转化得到尾流效应元模型的方法如下：步骤241.根据风机工作情况，选取影响风机尾流的工况数据；步骤242.对工况数据中的每个输入参数进行概率算法定义，得到每个输入参数的分布曲线；步骤243.使用拉丁超立方采样方法对每个输入参数的分布曲线进行采样，得到若干风机实际工况，形成样本数据；风机实际工况至少包括风速、风向、偏航角、桨距角和风机转速；步骤244.将样本数据均分成多个样本空间，在多个样本空间内随机抽样，随后将抽样得到的值通过标准正态分布的反函数映射为标准正态分布样本，再打乱抽样顺序，则得到计算样本空间；步骤245.使用混沌多项式组对计算样本空间中的每一个变量进行表征，并形成一个混沌多项式族；步骤246.根据混沌多项式族构建一个希尔伯特空间，用于将尾流计算流体动力学模型在正交基础上投影于各个混沌多项式上，获得混沌多项式展开函数；步骤247.基于混沌多项式展开函数，确定尾流效应元模型；所述第四步中，利用尾流评估数字化模型得到多个单机尾流影响区域的方法如下：步骤41.使用径向基函数方法对尾流速度数据集进行插值，得到尾流区域内每个位置的速度数值，并建立尾流区域全域速度结果向量；并根据风电场结构信息，确定每台下游风机的坐标位置；步骤42.根据某下游风机的具体位置坐标，在尾流区域全域速度结果向量中检索，得到对应具体位置坐标的仿真速度数值；步骤43.将仿真速度数值与某上游风机的入流风速进行对比；若所述仿真速度数值小于某上游风机的入流风速，则某下游风机处于所述上游风机尾流影响区域内，得到一个单机尾流影响区域；若所述仿真速度数值大于或等于某上游风机的入流风速，则某下游风机未处于所述上游风机尾流影响区域内；步骤44.循环执行步骤42和步骤43，直至所有下游风机对比完成，得到多个单机尾流影响区域；所述第五步中，采用尾流叠加效应仿真模型得到复合尾流效应的方法如下：步骤51.根据风电场结构信息，获取风电场风机排布信息；步骤52.基于风电场风机排布信息，并结合风电场当地测风塔数据，对风机进行排序，得到风机排序数据；步骤53.根据风机排序数据，对每个下游风机，叠加一个或多个单机尾流影响区域，得到若干下游风机的入流速度；步骤54.基于若干下游风机的入流速度，确定上游风机对下游风机的复合尾流效应；对风机进行排序的方法如下：步骤521.获取风电场当地测风塔数据，其包括风向数据和风速数据；步骤522.根据风向数据，在整个风电场范围建立坐标系，平行于风向为x轴，垂直于风向为y轴；步骤523.按照风机的x轴坐标从小到大进行排序，若x轴坐标相等，则按y轴坐标从小到大进行排序，实现对整个风电场的风机进行排序；当测风塔的风向数据或和风速数据都更新时，旋转坐标系，对风电场内的风机重新进行排序；所述风机包括上游风机或和下游风机；得到下游风机入流速度的方法如下：步骤531.获取风机排序数据，所述风机排序数据包括若干下游风机的坐标位置和测风塔风速数据；步骤532.根据某下游风机的坐标位置，得到一个或多个单机尾流影响区域，并获取单机尾流影响区域的入流风速；步骤533.将一个或多个单机尾流影响区域的入流速度进行叠加，得到某下游风机的入流速度，其具体叠加方法如下：若某下游风机只处于一个单机尾流影响区域内，则将单机尾流影响区域的入流风速作为某下游风机的入流速度；若某下游风机处于多个单机尾流影响区域内，则将多个单机尾流影响区域的入流风速进行相加，作为某下游风机的入流速度；若某下游风机未处于任何一个单机尾流影响区域内，则将测风塔风速数据作为某下游风机的入流速度；步骤534.循环执行步骤532至步骤533，得到若干下游风机的入流速度。

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