CN103745032A - 风场湍流计算方法及风电场微观选址方法、装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种风场湍流计算方法及风电场微观选址方法、装置，其中，风场湍流计算方法包括：根据拟选定风场区域内的实际情况设置风场区域内地表的粗糙度和障碍物，建立风场区域内地形的三维实体模型；在所述风场区域内拟选定的风机点位设置风机实体模型，建立与风机实体模型叶片旋转区域对应的旋流区；利用计算流体动力学软件计算风机实体模型叶片在旋流区旋转状态下风场区域内各点的湍流强度。本发明可以提高湍流强度计算的准确度，便于准确进行风机在风电场中的微观选址。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电技术，尤其涉及一种风场湍流计算方法及风电场微观选址方法、装置。
背景技术
风场中的湍流对风机的发电量及疲劳寿命都有重要影响，因此，在风电场的建设中，准确计算场区湍流对风机在风电场中的微观选址具有重要意义。
现有技术中，计算场区湍流首先是计算环境湍流，然后计算各个风机尾流区内的附加湍流，最后将环境湍流与附加湍流进行叠加计算出轮毂高度处的有效湍流强度，这种湍流计算方法在计算过程中通常采用湍流强度经验模型及经验系数，其计算过程中，考虑的因素主要有风机间距、叶轮直径、轮毂高度的平均风速、尾流长度等，通过将这些相关因素代入经验模型中进行计算，获取湍流强度，这种经验性的湍流计算方法简单快捷，因此目前被普遍采用。
由于风场地形的不规则性及排布疏密情况不同，根据上述经验性的湍流计算方法计算出的风场湍流强度与实际风场湍流强度相比将会有很大差别，从而导致风机在风电场中微观选址的不理想。
发明内容
本发明提供一种风场湍流计算方法及风电场微观选址方法、装置，用以提高湍流强度计算的准确度，便于准确进行风机在风电场中的微观选址。
本发明的第一个方面是提供一种风场湍流计算方法，包括：
根据拟选定风场区域内的实际情况设置风场区域内地表的粗糙度和障碍物，建立风场区域内地形的三维实体模型；
在所述风场区域内拟选定的风机点位设置风机实体模型，建立与风机实体模型叶片旋转区域对应的旋流区；
利用计算流体动力学软件计算风机实体模型叶片在旋流区旋转状态下风场区域内各点的湍流强度。
本发明的第二个方面是提供一种风场湍流计算装置，包括：
建立模块，用于根据拟选定风场区域内的实际情况设置风场区域内地表的粗糙度和障碍物，建立风场区域内地形的三维实体模型；在所述风场区域内拟选定的风机点位设置风机实体模型，建立与风机实体模型叶片旋转区域对应的旋流区；
计算模块，用于利用计算流体动力学软件计算风机实体模型叶片在旋流区旋转状态下风场区域内各点的湍流强度。
本发明的第三个方面是提供一种风电场微观选址方法，包括：采用上述的风场湍流计算方法进行风场湍流计算，获取风场区域内各点的湍流强度，根据获取的各点的湍流强度对拟选定的风机点位进行调整。
本发明通过根据拟选定风场区域内的实际情况设置风场区域内地表的粗糙度和障碍物，建立风场区域内地形的三维实体模型，并在所述风场区域内拟选定的风机点位设置风机实体模型，建立与风机实体模型叶片旋转区域对应的旋流区，且计算的是风机实体模型叶片在旋流区旋转状态下风场区域内各点湍流强度，这种计算方法是对风机运行时空气流动真实状态的数值模拟，使得湍流的计算精度更高，尾流交叉区域的湍流叠加不是简单的代数叠加，而是实际耦合计算，因此计算方法更加合理，计算模型更加灵活，保证模型最大限度接近实际情况，从而计算的湍流强度相比现有技术中的计算准确度更高，有利于优化风机在风电场中的微观选址。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的风场湍流计算方法实施例的流程图；
图2为本发明提供的风场湍流计算装置实施例的结构示意图；
图3为本发明提供的风电场微观选址方法实施例的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明提供的风场湍流计算方法实施例的流程图，本实施例的方法包括：
步骤101、根据拟选定风场区域内的实际情况设置风场区域内地表的粗糙度和障碍物，建立风场区域内地形的三维实体模型。
步骤102、在所述风场区域内拟选定的风机点位设置风机实体模型，建立与风机实体模型叶片旋转区域对应的旋流区。
基于风场地形的不规则性及风机排布的疏密不同，本发明采用根据拟选定风场区域的实际情况建立风场区域的三维实体模型，并在拟选定的风机点位设置风机实体模型，以使本发明计算出的湍流强度接近于实际情况，风机的附加湍流及轮毂高度处的有效湍流可直接通过数值模拟计算出来，相比现有技术中采用经验模型及经验系数进行计算，获得湍流强度准确度更高，保证优化的风机布局更加合理。
步骤103、利用计算流体动力学软件计算风机实体模型叶片在旋流区旋转状态下风场区域内各点的湍流强度。
在风机点位设置风机实体模型后，使风机的叶片处于旋转状态，利用计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics，简称CFD）软件计算风场区域内各点的湍流强度。
在实际应用中，为提高计算的准确度，还可以根据实际情况进一步设置计算模型的边界条件，因此，本实施例中利用计算流体动力学软件计算风机实体模型叶片在旋流区旋转状态下风场区域内各点的湍流强度，具体可以包括：设置湍流强度计算模型的边界条件，所述边界条件包括依照实际风轮廓线对应的入口处的风速和湍流参数；根据设置的边界条件利用计算流体动力学软件计算风机实体模型叶片在旋流区旋转状态下风场区域内各点的湍流强度。现有技术中的风资源评估软件一般仅仅提供风廓线对应的入口处的风速，而没有入口处的湍流参数，由于湍流参数随高度变化而不同，因此通过在边界条件中加入设置湍流参数，如湍流强度等，使得软件根据边界条件计算出空间区域中各点的湍流强度更加精确。
为进一步提高计算旋流区的湍流强度的精度，利用计算流体动力学软件计算风机实体模型叶片在旋流区旋转状态下风场区域内各点的湍流强度之前，还包括：对所述风场区域进行网格划分以确定风场区域内各点的位置坐标，并将所述旋流区的网格密度加大，通过对旋流区的网格的密度加大，即提高旋流区计算网格的分辨率，可有效提高旋流区的计算精度，对于风机旋流区之外一定范围的速度梯度较大的区域也可以加密网格以提高计算精度。
在计算湍流强度时，为执行风机叶片的旋转，可以CFD软件提供的旋转结构或移动网格功能执行风机实体模型叶片在旋流区的旋转。
根据上述计算方法获取风场区域内各点的湍流强度结果后可以进一步调整拟选定的风机点位，以获取风机发电量和抗疲劳效果的最佳效果。
本实施例通过根据拟选定风场区域内的实际情况设置风场区域内地表的粗糙度和障碍物，建立风场区域内地形的三维实体模型，并在所述风场区域内拟选定的风机点位设置风机实体模型，建立与风机实体模型叶片旋转区域对应的旋流区，且计算的是风机实体模型叶片在旋流区旋转状态下风场区域内各点湍流强度，这种计算方法是对风机运行时空气流动真实状态的数值模拟，使得湍流的计算精度更高，尾流交叉区域的湍流叠加不是简单的代数叠加，而是实际耦合计算，因此计算方法更加合理，计算模型更加灵活，保证模型最大限度接近实际情况，从而计算的湍流强度相比现有技术中的计算准确度更高，有利于优化风机在风电场中的微观选址。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
图2为本发明提供的风场湍流计算装置实施例的结构示意图，本实施例的装置包括：建立模块10，用于根据拟选定风场区域内的实际情况设置风场区域内地表的粗糙度和障碍物，建立风场区域内地形的三维实体模型；在所述风场区域内拟选定的风机点位设置风机实体模型，建立与风机实体模型叶片旋转区域对应的旋流区；计算模块20，用于利用计算流体动力学软件计算风机实体模型叶片在旋流区旋转状态下风场区域内各点的湍流强度。
其中，为使风场空间内各点的湍流强度计算的更加准确，所述计算模块在计算湍流强度时，可以具体用于设置湍流强度计算模型的边界条件，所述边界条件包括依照实际风轮廓线对应的入口处的风速和湍流参数；以及根据设置的边界条件利用计算流体动力学软件计算风机实体模型叶片在旋流区旋转状态下风场区域内各点的湍流强度。
为使计算精度更大，风场湍流计算装置还可以包括：预处理模块（未图示），用于对所述风场区域进行网格划分以确定风场区域内各点的位置坐标，并将所述旋流区的网格密度加大。
在具体实施中，所述计算模块可以利用计算流体动力学软件所提供的旋转结构或移动网格功能执行风机实体模型叶片在旋流区的旋转；并计算风机实体模型叶片在旋转状态下风场区域内各点的湍流强度。
本实施例可用于执行上述方法实施例的技术方案，其技术原理及达到的技术效果类似，不再详细赘述。
图3为本发明提供的风电场微观选址方法实施例的流程图，本实施例的方法，包括：
步骤301、执行风场湍流计算，获取风场区域内各点的湍流强度。本步骤计算湍流强度可根据上述图1所示风场湍流计算方法实施例的方法进行，在此不再详述。
步骤302、根据获取的各点的湍流强度对拟选定的风机点位进行调整。根据上述方法计算获取各点的湍流强度后，可以进一步对拟选定的风机点位进行调整，以获取风机发电量和抗疲劳效果的最佳效果。
本实施例可用于执行上述任一实施例的技术方案，其技术原理及达到的技术效果类似，不再详细赘述。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种风场湍流计算方法，其特征在于，包括：
根据拟选定风场区域内的实际情况设置风场区域内地表的粗糙度和障碍物，建立风场区域内地形的三维实体模型；
在所述风场区域内拟选定的风机点位设置风机实体模型，建立与风机实体模型叶片旋转区域对应的旋流区；
利用计算流体动力学软件计算风机实体模型叶片在旋流区旋转状态下风场区域内各点的湍流强度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用计算流体动力学软件计算风机实体模型叶片在旋流区旋转状态下风场区域内各点的湍流强度，包括：
设置湍流强度计算模型的边界条件，所述边界条件包括依照实际风轮廓线对应的入口处的风速和湍流参数；
根据设置的边界条件利用计算流体动力学软件计算风机实体模型叶片在旋流区旋转状态下风场区域内各点的湍流强度。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，利用计算流体动力学软件计算风机实体模型叶片在旋流区旋转状态下风场区域内各点的湍流强度之前，还包括：
对所述风场区域进行网格划分以确定风场区域内各点的位置坐标，并将所述旋流区的网格密度加大。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，利用计算流体动力学软件计算风机实体模型叶片在旋流区旋转状态下风场区域内各点的湍流强度，包括：
利用计算流体动力学软件所提供的旋转结构或移动网格功能执行风机实体模型叶片在旋流区的旋转；
计算风机实体模型叶片在旋转状态下风场区域内各点的湍流强度。
5.一种风场湍流计算装置，其特征在于，包括：
建立模块，用于根据拟选定风场区域内的实际情况设置风场区域内地表的粗糙度和障碍物，建立风场区域内地形的三维实体模型；在所述风场区域内拟选定的风机点位设置风机实体模型，建立与风机实体模型叶片旋转区域对应的旋流区；
计算模块，用于利用计算流体动力学软件计算风机实体模型叶片在旋流区旋转状态下风场区域内各点的湍流强度。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述计算模块，具体用于设置湍流强度计算模型的边界条件，所述边界条件包括依照实际风轮廓线对应的入口处的风速和湍流参数；以及根据设置的边界条件利用计算流体动力学软件计算风机实体模型叶片在旋流区旋转状态下风场区域内各点的湍流强度。
7.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，还包括：预处理模块，用于对所述风场区域进行网格划分以确定风场区域内各点的位置坐标，并将所述旋流区的网格密度加大。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述计算模块，具体用于利用计算流体动力学软件所提供的旋转结构或移动网格功能执行风机实体模型叶片在旋流区的旋转；计算风机实体模型叶片在旋转状态下风场区域内各点的湍流强度。
9.一种风电场微观选址方法，其特征在于，包括：采用权利要求1至4中任一项所述的方法进行风场湍流计算，获取风场区域内各点的湍流强度，根据获取的各点的湍流强度对拟选定的风机点位进行调整。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20140423 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |