基于风场实验的三维叠加尾流模型特性研究

针对目前存在的尾流模型对叠加尾流空间分布特征描述不完整的问题,提出了一种基于双高斯函数的三维叠加尾流模型(3DJGF-M模型),以达到对叠加尾流更准确、全面地预测。首先,修正了三维双高斯全尾流模型(3DJGF模型)的尾流膨胀系数,该系数不需要多次试验计算来确定,可减少计算成本;其次,通过引入风切变的影响,修正了速度亏损叠加原理;此外,以3DJGF模型为基础,利用考虑风切变的叠加原理推导了3DJGF-M模型;最后,利用激光雷达进行了风场实验,验证了3DJGF-M模型的准确性。结果表明:3DJGF-M模型在预测整个尾流区水平剖面以及垂直剖面的相对误差基本都在5%以内,预测效果良好,对于风电场布局优化有较大的应用潜力。

基于三维卷吸尾流模型的风电场功率计算

风电场中风力机尾流产生叠加效应。为更加准确地计算风电场的尾流风速的分布,该文基于作者前期建立的单台风力机的三维余弦形状的卷吸尾流模型(3DCLE模型),考虑尾流叠加效应,建立了风电场尾流模型(3DCLEWFM)。通过Horns Rev海上风电场及Nørrekær Enge陆上风电场的实测数据来进行验证。结果表明,3DCLEWFM能够精准预测不同风向下风电场中风力机的输出功率,两种案例下,精度较Jensen风电场尾流模型(Jensen wind farm model,JWFM)提高65%和86%,较BPA风电场尾流模型(BPAWFM)提高48%和66%。

基于二维Park模型的风场尾流叠加方法

基于二维Park尾流模型,综合考虑风场与风机间的相互影响,下游风机盘面上不同位置处的风速亏损差异,建立风场尾流叠加方法,评估整个风场尾流损失。使用该方法对河北石人风电场和丹麦HornsRev海上风电场进行尾流预测。结果表明:本文方法可以较好地预测风场中的尾流损失,相较于直接使用风机轮毂高度的风速亏损,通过积分的方式计算风机盘面上的风速亏损更为精确。考虑上游风机对下游风机尾流前输入风速的影响,可以更加精确地描述风机群间多台风机的干涉作用。

前后风力机尾流干扰实验分析及混合尾流模型验证

为研究两台水平轴风力机在不同排布下尾流的相互影响,开展两台风力机串联和错列工况下的尾流速度风洞测量实验。实验结果表明:对相同来流情况,风力机不同排布下混合尾流的尾流膨胀速率相同;串联风力机的轴向间距小于6倍风轮直径时,其混合尾流比单台风力机尾流恢复快。另外,对已有尾流模型的叠加方法(速度亏损平方和法)进行了验证。结果显示基于Park-polynomial模型和Park-Gauss模型得到的叠加尾流在距下游风力机3.5倍风轮直径的截面与测量值吻合良好。之后的截面高估了尾流的速度亏损。该研究为发展更准确的尾迹模型提供了风洞测量数据,对风电场内风力机排布优化有一定的工程意义。

计及能量掺混的风电机组尾流叠加模型研究

风电机组可能受上游多台机组尾流共同影响,工程中一般应用叠加模型来模拟这种尾流叠加效应。尾流区与周围大气的能量掺混导致了尾流恢复,目前常用的尾流叠加模型无法体现这个效应。应用一维动量理论计算风电机组尾流区从周围大气吸收的能量,在能量守恒叠加模型的基础上,通过补充这部分掺混能量对其进行修正,从而提高了尾流场模拟精度。在Lillgrund海上风电场应用能量掺混叠加模型,流场模拟结果与实测数据对比表明,该模型可以准确模拟风电场内机组功率变化趋势,且相较于传统模型计算精度更高,对风电场发电量计算具有一定的参考价值。

基于SCADA数据海上风电场解析尾流模型可靠性与尾流叠加研究

针对工程中常用的解析尾流模型适用性及精确度存在较大不确定性的问题,文章利用国内某海上风电场运行的SCADA数据,分别对Jensen模型、Frandsen模型和Gaussian模型等主要解析尾流模型进行可靠性验证和分析。在此基础上,提出了更加适用的尾流模型参数选取方案,参数修正后的Gaussian尾流模型的评估精度提升约50%。此外,为了分析海上风电场的尾流叠加特性,文章采用场内实测数据进行分析,并与工程尾流叠加模型计算结果进行对比,结果表明,工程尾流叠加模型仍存在一定改善空间。

基于SCADA数据的风电机组群尾流效应计算与验证研究

准确评估风电机组尾流导致的发电量损失是风电场设计的重要环节。基于高斯尾流模型,根据动量守恒,引入有效风速衰减计算叶轮面内风速衰减,利用国内某海上风电场SCADA数据,从径向和轴向尾流损失分布两方面进行验证和分析。结果表明,高斯有效风速衰减尾流模型模拟的尾流分布更符合实测尾流损失规律,径向和轴向模拟结果与实测结果相关性超过0.92,有效风速衰减法的精度比叶轮中心风速衰减法提升30%~40%;与Jensen和Frandsen模型相比,高斯有效风速衰减尾流模型的表现更为稳定,有效风速衰减法提高了高斯模型计算精度,更适用于风电场产能评估。

风力机错列布置的尾流效应

为在有限土地资源内提高风电场发电效率,减少上风机对下风机尾流效应影响,通过利用Windcube V2多普勒测风仪方法研究了两台风机错列布置状态下风机尾流场变化,比较无尾流状态和有尾流状态下风机的速度场和分析风机之间的尾流影响。结果表明:上风机尾流效应对下风机第二象限区影响最大,轴向速度出现先减小后增加再减小再增加过程;第一象限区出现先减小后增加过程。径向和切向速度幅值和频率出现先增加后减小,径向速度幅值和频率5倍风轮直径截面处最大,3倍风轮直径最小,切向速度幅值和频率5倍风轮直径截面处最大,8倍风轮直径最小。上风机对下风机尾流叠加形成复杂的湍流并促使尾流内外流场融合,造成不同的轴向速度值。因此,在实际工作中,应在了解当地的风场特征的基础上,充分考虑风机的排列阵式。

水平轴风力机串联工况尾流效应影响

为减小尾流效应对风力机输出功率的影响,基于CFX模拟实验研究8D串联间距风力机尾流场和不同方向速度场的变化规律。结果表明,上游风力机的尾流叠加作用使下游风力机产生复杂的湍流和涡流现象,造成不同方向上速度差异。随着轴向距离增加,轴向速度先减小后增加,5D处轴向速度亏损最严重,而径向速度高速区在叶尖区迎风面,切向速度叶尖区影响最大。随着不同方向速度的恢复,8D截面处尾流影响基本消失。

尾流算法与风向变化对海上风机排布影响研究

[目的]为了获得海上风场的最优机位排布方案,提升海上项目在全生命周期内的经济收益,必须对影响发电量的关键因素做详细分析。[方法]结合海上风场工程项目的实际案例,基于自主开发的海上机位自动优化算法,分别应用Jensen和Larsen两种单机组尾流模型的技术理论,对比了多机组间三种不同的尾流组合叠加方式,并考虑了风向年际变化对现有机组排布的影响,给出了对应的最优机位排布方案。[结果]计算结果显示:海上风向的年际变化是影响机位排布的关键因素,使用不同尾流模型对机位排布的影响较小,多机组间尾流叠加方式对机位排布没有影响。[结论]研究成果为工程项目中最优机位排布的选择提供了关键依据,避免了风场25年全生命周期内上亿元的经济损失。