CN102609590B - 风电场群布局方法 - Google Patents

风电场群布局方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102609590B
CN102609590B CN201210035130XA CN201210035130A CN102609590B CN 102609590 B CN102609590 B CN 102609590B CN 201210035130X A CN201210035130X A CN 201210035130XA CN 201210035130 A CN201210035130 A CN 201210035130A CN 102609590 B CN102609590 B CN 102609590B
Authority
CN
China
Prior art keywords
energy turbine
turbine set
momentum
wind energy
wind
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201210035130XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN102609590A (zh
Inventor
陈伯龙
高晓清
惠小英
汪宁渤
桂俊祥
刘磊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Cold and Arid Regions Environmental and Engineering Research Institute of CAS
Wind Power Technology Center of Gansu Electric Power Co Ltd
Original Assignee
Cold and Arid Regions Environmental and Engineering Research Institute of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Cold and Arid Regions Environmental and Engineering Research Institute of CAS filed Critical Cold and Arid Regions Environmental and Engineering Research Institute of CAS
Priority to CN201210035130XA priority Critical patent/CN102609590B/zh
Publication of CN102609590A publication Critical patent/CN102609590A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102609590B publication Critical patent/CN102609590B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation

Landscapes

  • Wind Motors (AREA)

Abstract

本发明涉及一种风电场群布局方法，该方法包括以下步骤：⑴从风电场入口到出口将同一型号的风机排列成矩形，共有 mn 台风机；⑵确定 mn 台风机的行距和列距分别为 aD 、 bD ；⑶确定建模条件；⑷建模：①在所述风电场中根据动量守恒建立风电场的动量吸收模型；②在所述风电场的下游根据动量守恒建立动量补偿模型；⑸模型求解：联立所述风电场中的动量吸收模型和所述风电场下游的动量补偿模型，求解得到上游风电场的尾流长度 L ，该 L 为风电场群布局中上下游风电场之间的场间距，即风电场的尾流损失距离。本发明可有效提高土地利用效率和下游风电场发电效率。

Description

风电场群布局方法
技术领域
本发明涉及风电技术领域，尤其涉及风电场群布局方法。
背景技术
国家大力开发风能资源，随着大型风电场群的开发建设，需要合理的风电场群布局设计方案来指导实际建设。在风电场群的建设中，风电场间距太小，上游风电场对下游的风电场出力将会有较大的影响，在上游风电场的遮挡作用下，会大大降低下游风电场的发电能力；风电场间距太大，就会降低土地利用率和增加基建及管理成本。
目前国际上仅有单机间的布局理论和方法，但是随着大型风电场群的规划建设，上下游风电场之间尾流的相互影响成为风电场群设计中非常重要的一个问题，而对于风电场群的布局问题，还没有确定群与群之间的距离理论和方法。为了更加有效地提高土地利用效率和最大化开发风能资源，需要有一套理论方法来确定上下游风电场之间的距离，从而解决风电场群布局的核心问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种提高土地利用效率和下游风电场发电效率的风电场群布局方法。
为解决上述问题，本发明所述的风电场群布局方法，包括以下步骤：
⑴从风电场入口到出口将同一型号的风机排列成矩形，共有mn台风机，其中m代表风机的行数，n代表每行的风机台数；
⑵确定mn台风机的行距和列距分别为aD、bD；其中D为风机直径；a、b为常数，为行距和列距分别与风机直径的比值；
⑶确定建模条件：
①假设在大气层中存在一高度H，在H之上水平风速不受风电场的影响，H高度的水平风速记为U H ，H以下的水平风速在垂直方向满足指数风廓线；
②假设所述风电场的上游和所述风电场中，H高度向下传输的动量与地面摩擦消耗的动量以及分子粘性耗散的动量相平衡；
③假设主风向垂直穿过所述风电场，从所述风电场入口到出口，所述风机轮毂高度h处的水平风速由流入风速U i 线性减小为流出风速U o ，其平均风速为U i 和U o 的线性中值；所有风机的有效功率都相等；
④假设风电场下游动量补充区自H高度向下的动量通量密度与地面消耗的动量通量密度均为常量；
⑷建模：
①在所述风电场中根据动量守恒建立风电场的动量吸收模型：I i -P 1 t 1 = I o  ；其中，I i 为入口处单位空气柱所含有的动量，P 1 为风电场中风机等效到单位面积上的风功率吸收率，t 1 为单位空气柱从风电场入口到出口所需时间，I o 为风电场出口处单位空气柱所具有的动量；
②在所述风电场的下游根据动量守恒建立动量补偿模型：I o +P 2 t 2 = I * ；其中，I o 为单位空气柱在风电场出口处的动量，t 2 是单位空气柱的动量由I o 恢复到I * 所用的时间，P 2 为下游动量补偿区单位空气柱动量的补偿速率，其数值与单位空气柱的动量通量密度净增量相等，I * 为风电场的尾流损失效应彻底消失后单位空气柱所具有的动量，其数值与所述I i 相等； 
⑸模型求解：
联立所述风电场中的动量吸收模型和所述风电场下游的动量补偿模型，求解得到上游风电场的尾流长度L，该L为风电场群布局中上下游风电场之间的场间距，即风电场的尾流损失距离：
                                                 
Figure 483624DEST_PATH_IMAGE001
其中：
Figure 201210035130X100002DEST_PATH_IMAGE002
为风机的动量利用系数，为0.448~0.543；
m代表风机的行数； D为风机直径；b为常数，为列距与风机直径的比值；
风电场下游平均水平风速
Figure 931923DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure 201210035130X100002DEST_PATH_IMAGE004
为风电场下游风速初始值，
Figure 367452DEST_PATH_IMAGE005
为风电场下游风速增加值；
Figure 201210035130X100002DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure 762661DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure 201210035130X100002DEST_PATH_IMAGE008
， 
Figure 108192DEST_PATH_IMAGE009
和
Figure 201210035130X100002DEST_PATH_IMAGE010
分别为[
Figure 337179DEST_PATH_IMAGE011
]层和[
Figure 201210035130X100002DEST_PATH_IMAGE012
]层的摩擦速度，
Figure 135371DEST_PATH_IMAGE013
为Von Karman 常数，
Figure 201210035130X100002DEST_PATH_IMAGE014
为由风电场中的风机所产生的零平面位移高度，
Figure 334271DEST_PATH_IMAGE015
，
Figure 201210035130X100002DEST_PATH_IMAGE016
分别表示风电场上游和风电场中的地表粗糙度。
本发明中的风电场尾流距离是指：大型风电场群中，距离上游风电场出口一定距离处，上游风电场的尾流效应完全消失，这一距离定义为风电场尾流距离。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明根据现有主流风电场风机布局的特征，建立风电场数学物理模型，利用大气动力学大气边界层理论对上游风电场的尾流效应进行了理论上的研究，首次提出了风电场整体尾流距离的计算方法。利用该方法计算不同规模的上游风电场的尾流距离，可以确定上下游风电场之间的最优布局间距，依据此距离可以从理论上解决大型风电场群上下游相邻风电场的布局问题，为风电场的合理布局提供理论支撑。
2、本发明通过确定上下游风电场之间的最优布局间距有效提高了下游风电场的发电效率，同时可以提高土地的利用率，避免了由于布局不当所造成的发电能力不足土地闲置浪费问题。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1 为本发明风电场中风机分布平面图。
图2 风电场垂直截面图和风电场入口、出口和尾流消失后的风廓线。
图3风电场出口处风廓线和动量通量密度。
具体实施方式
风电场通常建在风力资源丰富，地势开阔平坦的海边和陆上，风塔的高度从数十米到一百多米不等，所以可以认为整个风电场处在大气边界层的近地层中。由于大气在中性稳定的情况下，近地层中垂直通量随高度的增加基本不变，近似的看作是一个常值，所以近地层又叫做常通量层。在这层大气中，水平风速在垂直高度上满足指数风廓线。风电场平面图如图1所示，风机排列成矩形，从风电场入口到出口共有
Figure 661872DEST_PATH_IMAGE017
行风机，每行有
Figure DEST_PATH_IMAGE018
个风机，共有
Figure 186394DEST_PATH_IMAGE019
个风机，所有风机都为同一型号。
在风电场群的建设和规划中，根据上游风电场中风机安装的型号参数和风机排列方案，可以通过本发明计算出上游风电场的尾流距离，从而确定下游风电场距离上游风电场最优的场间距。
风电场群布局方法，包括以下步骤：
⑴从风电场入口到出口将同一型号的风机排列成矩形，共有mn台风机，其中m代表风机的行数，n代表每行的风机台数；为减小上游风机的尾流损失效应对下游风机的影响，行和行之间的风机有规律的交错排列。
⑵确定mn台风机的行距和列距分别为aD、bD；其中D为风机直径；a、b为常数，为行距和列距分别与风机直径的比值。
⑶确定建模条件：
假设风电场中地面平坦均匀，不考虑地形变化。下标
Figure DEST_PATH_IMAGE020
、
Figure 347248DEST_PATH_IMAGE021
和*分别表示风电场入口、出口及下游尾流损失消失处的变量。主风向上垂直剖面如图2所示，为简化模型，进行以下假设：
①假设在大气层中存在一高度H，在H之上水平风速不受风电场的影响，H高度的水平风速记为U H ，H以下的水平风速在垂直方向满足指数风廓线；
②假设风电场的上游和风电场中，H高度向下传输的动量与地面摩擦消耗的动量以及分子粘性耗散的动量相平衡；
③假设主风向垂直穿过风电场，从风电场入口到出口，风机轮毂高度h处的水平风速由流入风速U i 线性减小为流出风速U o ，其平均风速为U i 和U o 的线性中值；风机的有效功率都相等；
④假设风电场下游动量补充区自H高度向下的动量通量密度与地面消耗的动量通量密度均为常量；
⑷建模：
①在风电场中根据动量守恒建立风电场的动量吸收模型：I i -P 1 t 1 = I o  ；其中，I i 为入口处单位空气柱所含有的动量，P 1 为风电场中风机等效到单位面积上的风功率吸收率，t 1 为单位空气柱从风电场入口到出口所需时间，I o 为风电场出口处单位空气柱所具有的动量。具体如下：
在风电场的入口处，设底面为单位面积，垂直高度为H的单位空气柱所具有的动量为I i ，当单位空气柱从上游进入风电场时，由于风机工作，单位空气柱中的一部分动量被风机吸收，这将导致在风电场的出口处单位空气柱所含有的动量从原来的I i 减少为I o ，减少的部分正好是空气柱流经风电场时被风机吸收的部分。设风电场的总占地面积为S，将mn个风机总的动量吸收率转化为单位面积的风电场所具有的动量吸收率P 1 ，单位空气柱流经风电场所用的时间为t 1 ，则可以建立以下的动量守恒方程，即风电场的动量吸收模型:
                 I i -P 1 t 1 = I o                                   (1)                
由上述假设可知，[0,H]高度的区间内，大气层是中性层结的，水平风速在垂直高度上满足指数风廓线，所以
               
Figure DEST_PATH_IMAGE022
                           (2)
Figure 615418DEST_PATH_IMAGE023
为空气密度，设为定长，为
Figure 138803DEST_PATH_IMAGE025
高度上的水平风速，
Figure DEST_PATH_IMAGE026
                                     （3）
为高度
Figure DEST_PATH_IMAGE028
处进入风电场的水平风速，
Figure 997224DEST_PATH_IMAGE028
为风机轮毂高度，
Figure 272347DEST_PATH_IMAGE029
 通常由以下公式给出，
Figure DEST_PATH_IMAGE030
                            （4）
其中，
Figure 322343DEST_PATH_IMAGE031
，
Figure DEST_PATH_IMAGE032
分别为高度
Figure 188668DEST_PATH_IMAGE033
，
Figure DEST_PATH_IMAGE034
处的水平风速，在一般的计算中通常取
Figure 917589DEST_PATH_IMAGE035
。
Figure DEST_PATH_IMAGE036
                                       （5）
Figure 652196DEST_PATH_IMAGE037
为风电场的总面积，由图1 可知
Figure DEST_PATH_IMAGE038
                                       （6）
Figure 681332DEST_PATH_IMAGE039
为单台风机的有效动量吸收速率
Figure DEST_PATH_IMAGE040
                                   （7） 
其中，
Figure 859504DEST_PATH_IMAGE041
为整个风轮扫过的圆面中水平方向的平均风速，可以假设穿过该圆面的平均水平风速为该风轮轮毂高度处的水平风速
Figure DEST_PATH_IMAGE042
。气流在流经风电场时由于风机吸收了部分动量，所以从风电场入口到风电场出口水平风速是递减的。设从风电场入口到出口
Figure 341301DEST_PATH_IMAGE028
高度处的水平风速是线性递减的，则整个风电场轮毂高度处的平均水平风速可由下式近似计算， 
Figure 223806DEST_PATH_IMAGE043
                                        （8）
Figure 576290DEST_PATH_IMAGE002
为风机的动量利用系数, 德国物理学家阿尔伯特·贝兹（Albet.Betz）在1927年首先证得一台理想风机的最高风能利用效率等于0.593, 称为贝兹极限。目前，大部分风机的风能利用系数大致在0.3~0.4的水平，用
Figure DEST_PATH_IMAGE044
表示风能利用系数，由动量守恒和动能守恒可以计算，
  
Figure 174630DEST_PATH_IMAGE045
                                      （9）
则风机动能的利用系数
Figure 612565DEST_PATH_IMAGE002
的合理值应为0.448~0.543。
风电场在平行于主风向上的长度为
Figure DEST_PATH_IMAGE046
，所以单位空气柱流经风电场所用的平均时间为
Figure 564340DEST_PATH_IMAGE047
                                     （10）
由以上方程可以导出
Figure DEST_PATH_IMAGE048
，由假设（3）可知，风电场出口处的水平风速在垂直高度上同样满足指数风廓线公式，且单位空气柱所具有的动量为
Figure 443435DEST_PATH_IMAGE048
，即
Figure 556884DEST_PATH_IMAGE049
                           （11）
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE050
为风电场出口处高度为
Figure 13273DEST_PATH_IMAGE025
处的水平风速，
Figure 902163DEST_PATH_IMAGE051
                           （12）
从方程（11）和（12）可以导出风电场出口处
Figure 963659DEST_PATH_IMAGE028
高度处的水平风速
Figure DEST_PATH_IMAGE052
，
Figure 779169DEST_PATH_IMAGE053
                                  （13）
其中
       
Figure DEST_PATH_IMAGE054
 ,
Figure 191696DEST_PATH_IMAGE055
。                     （14）
②在风电场的下游根据动量守恒建立动量补偿模型：I o +P 2 t 2 = I * ；其中，I o 为单位空气柱在风电场出口处的动量，t 2 是单位空气柱的动量由I o 恢复到I * 所用的时间，P 2 为下游动量补偿区单位空气柱动量的补偿速率，其数值与单位空气柱的动量通量密度净增量相等，I * 为风电场的尾流损失效应彻底消失后单位空气柱所具有的动量，其数值与所述I i 相等。具体如下：
在风电场的出口处，高度处的水平风速为
Figure 807802DEST_PATH_IMAGE052
，但高度
Figure DEST_PATH_IMAGE056
处的水平风速仍为
Figure 528633DEST_PATH_IMAGE057
，如图3所示。由于
Figure 428456DEST_PATH_IMAGE028
处的水平风速度的减小，导致从地面到
Figure 650359DEST_PATH_IMAGE056
高度的整层大气层并不满足中性条件下常通量层的性质，风速廓线（实线所示）也不满足之前的对数廓线（虚线所示）形式，不同高度上的涡动应力也发生了变化。[
Figure 952027DEST_PATH_IMAGE012
]层中的铅直涡动应力较电场上游有所增大，而[
Figure 312601DEST_PATH_IMAGE011
]层中的铅直涡动应力较电场上游是减小的，从而导致
Figure 230879DEST_PATH_IMAGE056
高度向下传输的动量增加，而与此同时地面消耗的动量却在减少。所以，地面之上，
Figure 600680DEST_PATH_IMAGE056
之下将有动量汇集，使
Figure 897800DEST_PATH_IMAGE028
高度上的水平风速
Figure 694855DEST_PATH_IMAGE042
随着距离风电场出口的距离的增加而增加，直至
Figure 303691DEST_PATH_IMAGE042
增加到后，
Figure 19023DEST_PATH_IMAGE056
高度下传的动量与地面消耗的动量又将平衡，这时
Figure 642771DEST_PATH_IMAGE056
高度以下的大气层又满足常通量层的情形，垂直高度上的水平风廓线满足对数风廓线，如图2所示的风电场下游的风廓线（虚线）。此时，风电场的尾流损失效应已完全消失。对单位空气柱应用动量守恒定理，得到下面的动量守恒方程，
     I o +P 2 t 2 = I *                                       （13）
设整个
Figure 738903DEST_PATH_IMAGE056
层以下的大气层的垂直通量密度的净增量为
Figure DEST_PATH_IMAGE058
，取
Figure 981666DEST_PATH_IMAGE059
轴与涡动应力
Figure DEST_PATH_IMAGE060
相平行，则垂直向下的动量通量密度
Figure 253378DEST_PATH_IMAGE061
等于湍流涡动应力
Figure 392236DEST_PATH_IMAGE060
。动量通量密度为：
Figure DEST_PATH_IMAGE062
                                         (14) 
其中
Figure 506822DEST_PATH_IMAGE063
为动量的涡动交换系数： 
Figure DEST_PATH_IMAGE064
                     (15)
式中
Figure 412330DEST_PATH_IMAGE065
为混合长长度，在中性层结下，可以认为
Figure DEST_PATH_IMAGE066
，
Figure 928762DEST_PATH_IMAGE013
为Von Karman 常数，
Figure 238521DEST_PATH_IMAGE025
为垂直高度。如图3所示，可进一步假设在[]层和[
Figure 769176DEST_PATH_IMAGE012
]层为不同的两个常通量层。[]层内的垂直通量密度为，[
Figure 913216DEST_PATH_IMAGE012
]层内的垂直通量密度为
Figure DEST_PATH_IMAGE068
，由以上分析可知，在数值上
Figure 429035DEST_PATH_IMAGE068
大于，则整个
Figure 306041DEST_PATH_IMAGE056
层以下的大气层的垂直通量密度的净增量为
Figure 351358DEST_PATH_IMAGE058
：
Figure 153092DEST_PATH_IMAGE058
=
Figure 701885DEST_PATH_IMAGE068
-
Figure 321085DEST_PATH_IMAGE067
                                            （16）         
分别用上下两个常通量层的摩擦速度计算[
Figure 588118DEST_PATH_IMAGE011
]层和[
Figure 787018DEST_PATH_IMAGE012
]层向下的动量通量密度：
Figure 846110DEST_PATH_IMAGE069
                               （17）
Figure 105053DEST_PATH_IMAGE068
=
Figure DEST_PATH_IMAGE070
                                  （18）
其中，和分别为[
Figure 57463DEST_PATH_IMAGE011
]层和[
Figure 18465DEST_PATH_IMAGE012
]层的摩擦速度，，分别表示风电场上游和风电场中的地表粗糙度，设
Figure 834478DEST_PATH_IMAGE071
，
Figure DEST_PATH_IMAGE072
为比例系数，由于在风电场中有风机的影响，所以风电场中的地表粗糙度
Figure 700802DEST_PATH_IMAGE016
大于风电场上游的地表粗糙度
Figure 429724DEST_PATH_IMAGE015
，故
Figure 915063DEST_PATH_IMAGE073
。由对数风廓线方程可知：
 
Figure DEST_PATH_IMAGE074
                                 （19）
Figure 413041DEST_PATH_IMAGE075
                              （20）
Figure DEST_PATH_IMAGE076
                             （21）
如图3所示，
Figure 450267DEST_PATH_IMAGE014
视为[
Figure 322277DEST_PATH_IMAGE012
]层中的风廓线向下延伸与
Figure 204782DEST_PATH_IMAGE025
轴的交点，可以假设为由风电场中的风机所产生的零平面位移高度，由方程（19），（20），（21）可以得到：
Figure 557266DEST_PATH_IMAGE007
                                             （22）
Figure 30973DEST_PATH_IMAGE008
                            （23）    
由于在数值上
Figure 468907DEST_PATH_IMAGE077
与单位空气柱的动量密度净增量相等，所以
Figure DEST_PATH_IMAGE078
                                （24）
单位空气柱的动量由
Figure 296049DEST_PATH_IMAGE048
恢复到
Figure 768619DEST_PATH_IMAGE079
 所用的时间为
Figure DEST_PATH_IMAGE080
，设从风电场出口到尾流损失效应完全消失的距离为
Figure 147647DEST_PATH_IMAGE081
，即风电场的尾流损失距离，则有
  
Figure DEST_PATH_IMAGE082
                                     （25）
在下游动量补偿的过程中，高度
Figure 725740DEST_PATH_IMAGE083
上的水平风速由
Figure 950048DEST_PATH_IMAGE004
增加到，假设在整个动量恢复过程中，
Figure 92634DEST_PATH_IMAGE083
高度的水平风速随着距离风电场出口处的距离的增加是线性增加的，其平均水平风速近似为：
                             （26）   
由方程（1）和（14）可以得到以下的动量平衡方程：
Figure DEST_PATH_IMAGE084
                            （27）
又因为
Figure 674105DEST_PATH_IMAGE079
与方程（1）中的
Figure 855688DEST_PATH_IMAGE085
在数值上相等，所以
Figure DEST_PATH_IMAGE086
                                （28）
⑸模型求解：
联立风电场中的动量吸收模型和风电场下游的动量补偿模型，求解得到上游风电场的尾流长度L，该L为风电场群布局中上下游风电场之间的场间距，即风电场的尾流损失距离：
将方程（5）、（10）、（24）、（25）、（29）代入方程（28），同时由方程（8）和（26）可知，
Figure 842098DEST_PATH_IMAGE087
，所以有
Figure 397713DEST_PATH_IMAGE001
                             
其中：
Figure 963824DEST_PATH_IMAGE006
                                
综上可知，风电场的尾流损失距离
Figure 999913DEST_PATH_IMAGE081
为风电场规模和特征参数的复合函数，
Figure 157225DEST_PATH_IMAGE081
的大小由这些参数共同确定，下面将通过数值试验来反映
Figure 544344DEST_PATH_IMAGE081
和不同变量之间的关系。
对影响尾流损失距离的变量根据实际风电场取不同的数值（见表1），来分析各个参数的变化对该距离的影响。总体来看，风电场的规模越大（即装机容量越大，
Figure 55091DEST_PATH_IMAGE017
和
Figure DEST_PATH_IMAGE088
越大），尾流损失距离也越大。相同的风机，当轮毂高度越高时，这一距离越小，地面粗糙度
Figure 539479DEST_PATH_IMAGE089
增加时
Figure 148315DEST_PATH_IMAGE081
减小，轮毂高度处的水平风速大小对
Figure 977599DEST_PATH_IMAGE081
没有影响，
Figure DEST_PATH_IMAGE090
,
Figure 519439DEST_PATH_IMAGE091
 越大，
Figure 487395DEST_PATH_IMAGE081
 越大，但
Figure DEST_PATH_IMAGE092
越大，
Figure 990052DEST_PATH_IMAGE081
越小。
表1不同风电场参数对应的尾流损失距离
Figure DEST_PATH_IMAGE093
表中数据计算时
Figure DEST_PATH_IMAGE094
,
Figure 967235DEST_PATH_IMAGE095
,
Figure DEST_PATH_IMAGE096
。
本发明中近地层（常通量层）中向下的水平动量通量利用混合长理论进行层数化，也可用相似性理论对向下的动量通量进行参数化，从而用相似性理论计算的动量通量代替本发明中动量通量的计算方法。

Claims (1)

1.风电场群布局方法，包括以下步骤：
⑴从风电场入口到出口将同一型号的风机排列成矩形，共有mn台风机，其中m代表风机的行数，n代表每行的风机台数；
⑵确定mn台风机的行距和列距分别为aD、bD；其中D为风机直径；a、b为常数，为行距和列距分别与风机直径的比值；
⑶确定建模条件：
①假设在大气层中存在一高度H，在H之上水平风速不受风电场的影响，H高度的水平风速记为U H ，H以下的水平风速在垂直方向满足指数风廓线；
②假设所述风电场的上游和所述风电场中，H高度向下传输的动量与地面摩擦消耗的动量以及分子粘性耗散的动量相平衡；
③假设主风向垂直穿过所述风电场，从所述风电场入口到出口，所述风机轮毂高度h处的水平风速由流入风速U i 线性减小为流出风速U o ，其平均风速为U i 和U o 的线性中值；所有风机的有效功率都相等；
④假设风电场下游动量补充区自H高度向下的动量通量密度与地面消耗的动量通量密度均为常量；
⑷建模：
①在所述风电场中根据动量守恒建立风电场的动量吸收模型：I i -P 1 t 1 = I o  ；其中，I i 为入口处单位空气柱所含有的动量，P 1 为风电场中风机等效到单位面积上的风功率吸收率，t 1 为单位空气柱从风电场入口到出口所需时间，I o 为风电场出口处单位空气柱所具有的动量；
②在所述风电场的下游根据动量守恒建立动量补偿模型：I o +P 2 t 2 = I * ；其中，I o 为单位空气柱在风电场出口处的动量，t 2 是单位空气柱的动量由I o 恢复到I * 所用的时间，P 2 为下游动量补偿区单位空气柱动量的补偿速率，其数值与单位空气柱的动量通量密度净增量相等，I * 为风电场的尾流损失效应彻底消失后单位空气柱所具有的动量，其数值与所述I i 相等； 
⑸模型求解：
联立所述风电场中的动量吸收模型和所述风电场下游的动量补偿模型，求解得到上游风电场的尾流长度L，该L为风电场群布局中上下游风电场之间的场间距，即风电场的尾流损失距离：
                                                 
Figure 201210035130X100001DEST_PATH_IMAGE001
其中：
Figure 201210035130X100001DEST_PATH_IMAGE002
为风机的动量利用系数，为0.448~0.543；
m代表风机的行数； D为风机直径；b为常数，为列距与风机直径的比值；
风电场下游平均水平风速
Figure 201210035130X100001DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure 201210035130X100001DEST_PATH_IMAGE004
为风电场下游风速初始值，
Figure DEST_PATH_IMAGE005
为风电场下游风速增加值；
，
Figure DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure DEST_PATH_IMAGE008
， 和
Figure DEST_PATH_IMAGE010
分别为[
Figure DEST_PATH_IMAGE011
]层和[
Figure DEST_PATH_IMAGE012
]层的摩擦速度，
Figure DEST_PATH_IMAGE013
为Von Karman 常数，
Figure DEST_PATH_IMAGE014
为由风电场中的风机所产生的零平面位移高度，
Figure DEST_PATH_IMAGE015
，
Figure DEST_PATH_IMAGE016
分别表示风电场上游和风电场中的地表粗糙度。
CN201210035130XA 2012-02-16 2012-02-16 风电场群布局方法 Active CN102609590B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210035130XA CN102609590B (zh) 2012-02-16 2012-02-16 风电场群布局方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210035130XA CN102609590B (zh) 2012-02-16 2012-02-16 风电场群布局方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102609590A CN102609590A (zh) 2012-07-25
CN102609590B true CN102609590B (zh) 2013-08-07

Family

ID=46526958

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210035130XA Active CN102609590B (zh) 2012-02-16 2012-02-16 风电场群布局方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102609590B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102916449B (zh) * 2012-10-19 2016-09-21 邵俊松 一种基于功率平衡原理的集群风电场有功和无功的协调控制方法
CN105913736B (zh) * 2016-04-27 2019-01-11 沈阳工业大学 全地形风机布局模拟装置及全地形风机布局模拟方法
CN106845677A (zh) * 2016-12-16 2017-06-13 国家电网公司 一种基于尾流影响的大型海上风电场选址方法
CN108798997B (zh) 2018-06-28 2020-02-07 北京金风科创风电设备有限公司 风力发电机组的控制方法、装置、控制器及系统
CN109558670B (zh) * 2018-11-27 2019-10-29 电子科技大学中山学院 一种基于混合变邻域蝙蝠算法的海上风电场电缆布局规划方法
CN110516328A (zh) * 2019-08-14 2019-11-29 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 一种建立风电机出力仿真模型的方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006043470B3 (de) * 2006-09-15 2008-01-03 Garzmann, Traugott, Dipl.-Ing. Windfarmen mit hoher Ausnutzung mit direkt angetriebenen Generatoren mit Fremdbelüftung
CN101852172A (zh) * 2010-03-09 2010-10-06 山东科技大学 一种考虑风电场内尾流影响的风电机组输入风速计算方法
CN102012956B (zh) * 2010-11-30 2016-01-20 山东科技大学 一种考虑风电场输入风速和风向随机波动的风电场等值方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN102609590A (zh) 2012-07-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102609590B (zh) 风电场群布局方法
Allaei et al. INVELOX: Description of a new concept in wind power and its performance evaluation
Beri et al. Double multiple streamtube model and numerical analysis of vertical axis wind turbine
Škvorc et al. Wind energy harnessing on tall buildings in urban environments
Balduzzi et al. Feasibility analysis of a Darrieus vertical-axis wind turbine installation in the rooftop of a building
Wu et al. Simulation of turbulent flow inside and above wind farms: model validation and layout effects
Zuo et al. Numerical simulations on the wake effect of H-type vertical axis wind turbines
Sengupta et al. Comparison of low wind speed aerodynamics of unsymmetrical blade H-Darrieus rotors-blade camber and curvature signatures for performance improvement
Shaheen et al. Efficient clusters and patterned farms for Darrieus wind turbines
CN101949363A (zh) 计及风电场输入风速和风向随机波动的风电机组分组方法
CN101852172A (zh) 一种考虑风电场内尾流影响的风电机组输入风速计算方法
CN106548414B (zh) 一种海上风电场发电量计算方法
CN1856645A (zh) 用于从流动的流体吸取能量的方法和设备
Milborrow The performance of arrays of wind turbines
CN102235313B (zh) 平坦地形风机规则布置优化方法
Sun et al. Numerical simulation and research on improving aerodynamic performance of vertical axis wind turbine by co-flow jet
Keck et al. A consistent turbulence formulation for the dynamic wake meandering model in the atmospheric boundary layer
Romanić et al. Wind resource assessment in complex urban environment
Chen et al. Flow characteristics analysis and power comparison for two novel types of vertically staggered wind farms
CN102831276B (zh) 环境风对超大型自然通风冷却塔热力性能影响的计算方法
Shen et al. Investigation of the effect of critical structural parameters on the aerodynamic performance of the double darrieus vertical axis wind turbine
Zhao et al. Numerical analysis of the performance of a three-bladed vertical-axis turbine with active pitch control using a coupled unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes and actuator line model
Wenlong et al. A numerical study on the improvement of the performance of a banki wind turbine
CN109038651B (zh) 一种基于机组相关性的风电场功率波动频谱预测模型
Pytel et al. An impact of chosen construction parameter and operating conditions on the quality of wind turbine energy generation

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: GANSU ELECTRIC POWER CORPORATION, WIND POWER TECHN

Effective date: 20131015

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20131015

Address after: Chengguan District of Gansu city of Lanzhou province Donggang West Road 730000 No. 320

Patentee after: Inst of Cold and Drought Regions Environment and Engineering, Chinese Academy of

Patentee after: Wind Power Technology Center, Gansu Electric Power Co., Ltd.

Address before: Chengguan District of Gansu city of Lanzhou province Donggang West Road 730000 No. 320

Patentee before: Inst of Cold and Drought Regions Environment and Engineering, Chinese Academy of