CN113239648A - 风电场远场尾流流向湍流度确定方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及风力发电技术领域，具体提供了一种风电场远场尾流流向湍流度确定方法及装置，旨在解决如何计算多台风力发电机组并存时的远场尾流流向湍流度的技术问题。为此目的，根据本发明实施例的风电场远场尾流流向湍流度确定方法包括：获取风电场内来流环境湍流度、轮毂高处的环境湍流度及机组在的位置，然后根据上述参数依次计算尾流速度损失分布的标准差、风电机组的远场尾流附加流向湍流度的最大值位置与所述风电机组的轮毂中心线的径向距离、轮毂高度水平面内的远场尾流附加流向湍流度、风电场的整场远场尾流附加湍流度和风电场的远场尾流流向湍流度。通过上述方法，提升了多台风电机并存时风电场远场尾流流向湍流度的准确度。

Description

风电场远场尾流流向湍流度确定方法及装置
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种风电场远场尾流流向湍流度确定方法及装置。
背景技术
流向湍流度是导致风力发电机组疲劳的重要参数，所以以此来计算风力发电组的疲劳载荷，准确地预测风电场尾流区流向湍流度有助于提升风电场微观选址的技术水平，提升风电场的发电功率，降低风力机的载荷、延长风力机的使用寿命。现有技术公开了单台风力发电机组的尾流流向湍流度的计算方法，但是在实际场景中，往往是多台风力发电机组并存，而多台风力发电机组尾流在下游掺混、重叠，增加了风电场间流体流动的复杂性，湍流度水平明显提升，所以显然地，将多个单台风力发电机尾流流向湍流度进行简单的叠加而确定出的风电场流向湍流度是不准确的。
相应地，本领域需要一种新的风电场远场尾流流向湍流度确定方案来解决上述问题。
发明内容
为了克服上述缺陷，提出了本发明，以提供解决或至少部分地解决如何计算多台风力发电机组并存时的远场尾流流向湍流度的技术问题的风电场远场尾流流向湍流度确定方法及装置。
第一方面，提供一种风电场远场尾流流向湍流度确定方法，所述风电场包括呈单列排布的多台风电机组，所述风电场远场尾流流向湍流度确定方法包括：
获取所述风电场内气流的来流环境湍流度I0、所述风电机组的轮毂高度处的环境湍流度Ia以及每台所述风电机组在所述风电场内的机组位置；
根据所述Ia与所述机组位置，确定所述风电机组的尾流速度损失分布的标准差；其中，所述尾流速度损失分布是在根据所述风电机组的轮毂高度确定的轮毂高度水平面内，由所述风电机组在不同的下游位置处的尾流速度的速度损失值确定的；
根据所述标准差计算在所述轮毂高度水平面内所述风电机组的远场尾流附加流向湍流度的最大值位置与所述风电机组的轮毂中心线的径向距离；
采用预设的在所述轮毂高度水平面内所述远场尾流附加流向湍流度的最大值随下游距离的变化函数并根据所述径向距离计算所述风电机组在所述轮毂高度水平面内的远场尾流附加流向湍流度；
根据每台所述风电机组的远场尾流附加流向湍流度，确定所述风电场的整场远场尾流附加湍流度，根据所述I0与所述整场远场尾流附加湍流度，确定所述风电场的远场尾流流向湍流度。
在上述风电场远场尾流流向湍流度确定方法的一个技术方案中，“确定所述风电机组的尾流速度损失分布的标准差”的步骤具体包括：
以所述呈单列排布的多台风电机组中首台风电机组的机组位置为原点，同时以平行于风轮旋转轴的方向为X轴，垂直于所述风电场内气流的来流方向为Y轴，竖直方向为Z轴构建参考坐标系；
按照下式所示的方法分别确定每台所述风电机组的尾流速度损失分布的标准差：
σi＝kwx(i)+σ0
其中，x(i)＝x-xt(i)，所述x表示第i台风电机组的下游位置在所述参考坐标系下的X轴坐标，所述xt(i)表示第i台风电机组的机组位置在所述参考坐标系下的X轴坐标，x(i)表示根据所述下游位置的X轴坐标x与所述第i台风电机组的机组位置的X轴坐标xt(i)确定的下游距离，所述σi表示第i台风电机组的尾流速度损失分布的标准差；
所述kw表示尾流膨胀率且kw＝0.3837Iumax,hub,i+0.003678，所述Iumax,hub,i表示在所述轮毂高度水平面内第i台风电机组的机组位置处的流向湍流度最大值且
Figure BDA0003127618510000021
所述ΔIumax,hub,i-1表示第i-1台风电机组在轮毂高度水平面内远场尾流附加流向湍流度的最大值随下游距离的变化函数且
Figure BDA0003127618510000022
当i＝1时，Iumax,hub,i＝Ia；x(i-1)表示根据所述下游位置的X轴坐标x与第i-1台风电机组的机组位置的X轴坐标xt(i-1)确定的下游距离，所述
Figure BDA0003127618510000023
表示第i-1台风电机组的机组推力系数，所述Di-1表示第i-1台风电机组的风轮直径；
所述σ0表示在风轮位置处尾流速度损失剖面标准差且
Figure BDA0003127618510000024
Figure BDA0003127618510000025
所述风轮位置处尾流速度损失是在根据所述风电机组的风轮高度确定的风轮高度水平面内，由所述风电机组的风轮位置处的尾流速度的速度损失值确定的。
在上述风电场远场尾流流向湍流度确定方法的一个技术方案中，“计算所述风电机组的远场尾流附加流向湍流度的最大值位置与所述风电机组的轮毂中心线的径向距离”的步骤具体包括：
以所述呈单列排布的多台风电机组中首台风电机组的机组位置为原点，同时以平行于风轮旋转轴的方向为X轴，垂直于所述风电场内气流的来流方向为Y轴，竖直方向为Z轴构建参考坐标系；
按照下式所示的方法分别计算每台所述风电机组的径向距离：
Figure BDA0003127618510000026
其中，所述
Figure BDA0003127618510000027
表示第i台风电机组的远场尾流附加流向湍流度的最大值位置与所述风电机组的轮毂中心线的径向距离，所述σi表示第i台风电机组的尾流速度损失分布的标准差；
“计算所述风电机组在所述轮毂高度水平面内的远场尾流附加流向湍流度”的步骤具体包括：
采用所述远场尾流附加流向湍流度的最大值随下游距离的变化函数，根据所述径向距离并按照下式所示的方法计算所述远场尾流附加流向湍流度：
Figure BDA0003127618510000028
其中，所述ΔIui表示第i台风电机组的远场尾流附加流向湍流度，所述
Figure BDA0003127618510000031
表示第i台风电机组的远场尾流附加流向湍流度的最大值位置与第i台风电机组的轮毂中心线的径向距离；；
所述ΔIumax,hub,i表示第i台风电机组在轮毂高度水平面内远场尾流附加流向湍流度的最大值随下游距离的变化函数且
Figure BDA0003127618510000032
所述
Figure BDA0003127618510000033
表示第i台风电机组的机组推力系数，所述Di表示第i台风电机组的风轮直径；
所述ri表示第i台风电机组的远场尾流在所述参考坐标系中Y-Z轴形成的平面内的截面中第i台风电机组的下游位置与所述第i台风电机组的轮毂中心线的距离且
Figure BDA0003127618510000034
所述y表示所述的第i台风电机组的下游位置在所述参考坐标系下的Y轴坐标，所述yt(i)表示第i台风电机组的机组位置在所述参考坐标系下的Y轴坐标，所述z表示所述的第i台风电机组的下游位置在所述参考坐标系下的Z轴坐标，所述zh,i表示第i台风电机组的轮毂的高度；
所述σT,i表示所述第i台风电机组的远场尾流附加流向湍流度呈高斯分布时的标准差且
Figure BDA0003127618510000035
所述σi表示第i台风电机组的尾流速度损失分布的标准差；
所述δ(ri)表示修正函数，且
Figure BDA0003127618510000036
所述α表示所述的第i台风电机组的下游位置与所述第i台风电机组的轮毂中心线的连线相对于所述轮毂高度水平面的夹角，所述Pi表示所述修正函数的权重且
Figure BDA0003127618510000037
所述A表示上叶尖修正系数且所述A是远场尾流附加流向湍流度分量的差值与Ia的比值，所述远场尾流附加流向湍流度分量的差值是第i台风电机组的远场尾流附加流向湍流度在所述参考坐标系中X-Z轴形成的竖直平面内的附加流向湍流度最大值分量与在X-Y轴形成的水平平面内的附加流向湍流度最大值分量的差值。
在上述风电场远场尾流流向湍流度确定方法的一个技术方案中，“根据每台所述风电机组的远场尾流附加流向湍流度，确定所述风电场的整场远场尾流附加湍流度”的步骤具体包括：
根据每台所述风电机组的远场尾流附加流向湍流度并按照下式所示的方法确定所述风电场的整场远场尾流附加湍流度：
Figure BDA0003127618510000038
其中，所述ΔIu表示所述风电场的整场远场尾流附加湍流度；
Figure BDA0003127618510000039
所述m为正整数，所述s表示计算第i台风电机组的远场尾流附加流向湍流度时根据第i台风电机组以及位于第i台风电机组的上游的风电机组确定的风电机组台数；
并且/或者，“根据所述I0与所述整场远场尾流附加湍流度，确定所述风电场的远场尾流流向湍流度”的步骤具体包括：
根据所述I0与所述整场远场尾流附加湍流度并按照下式所示的方法，确定所述风电场的远场尾流流向湍流度：
Figure BDA0003127618510000041
其中，所述Iu表示风电场的远场尾流流向湍流度，所述ΔIu表示所述风电场的整场远场尾流附加湍流度。
在上述风电场远场尾流流向湍流度确定方法的一个技术方案中，在“计算所述风电机组在所述轮毂高度水平面内的远场尾流附加流向湍流度”的步骤之后，所述方法还包括：
根据所述I0与所述风电机组在所述轮毂高度水平面内的远场尾流附加流向湍流度并按照下式所示的方法，确定所述风电机组的远场尾流流向湍流度：
Figure BDA0003127618510000042
其中，所述Iui表示第i台风电机组的远场尾流流向湍流度。
第二方面，提供一种风电场远场尾流流向湍流度确定装置，所述风电场远场尾流流向湍流度确定装置包括：
数据获取模块，其被配置成获取所述风电场内气流的来流环境湍流度I0、所述风电机组的轮毂高度处的环境湍流度Ia以及每台所述风电机组在所述风电场内的机组位置；
尾流速度损失分布标准差确定模块，其被配置成根据所述Ia与所述机组位置，确定所述风电机组的尾流速度损失分布的标准差；其中，所述尾流速度损失分布是在根据所述风电机组的轮毂高度确定的轮毂高度水平面内，由所述风电机组在不同的下游位置处的尾流速度的速度损失值确定的；
径向距离计算模块，其被配置成根据所述标准差计算在所述轮毂高度水平面内所述风电机组的远场尾流附加流向湍流度的最大值位置与所述风电机组的轮毂中心线的径向距离；
远场尾流附加流向湍流度计算模块，其被配置成采用预设的在所述轮毂高度水平面内所述远场尾流附加流向湍流度的最大值随下游距离的变化函数并根据所述径向距离计算所述风电机组在所述轮毂高度水平面内的远场尾流附加流向湍流度；
风电场远场尾流流向湍流度确定模块，其被配置成根据每台所述风电机组的远场尾流附加流向湍流度，确定所述风电场的整场远场尾流附加湍流度，根据所述I0与所述整场远场尾流附加湍流度，确定所述风电场的远场尾流流向湍流度。
在上述风电场远场尾流流向湍流度确定装置的一个技术方案中，所述尾流速度损失分布标准差确定模块被进一步配置成执行下列操作：
以所述呈单列排布的多台风电机组中首台风电机组的机组位置为原点，同时以平行于风轮旋转轴的方向为X轴，垂直于所述风电场内气流的来流方向为Y轴，竖直方向为Z轴构建参考坐标系；
按照下式所示的方法分别确定每台所述风电机组的尾流速度损失分布的标准差：
σi＝kwx(i)+σ0
其中，x(i)＝x-xt(i)，所述x表示第i台风电机组的下游位置在所述参考坐标系下的X轴坐标，所述xt(i)表示第i台风电机组的机组位置在所述参考坐标系下的X轴坐标，x(i)表示根据所述下游位置的X轴坐标x与所述第i台风电机组的机组位置的X轴坐标xt(i)确定的下游距离，所述σi表示第i台风电机组的尾流速度损失分布的标准差；
所述kw表示尾流膨胀率且kw＝0.3837Iumax,hub,i+0.003678，所述Iumax,hub,i表示在所述轮毂高度水平面内第i台风电机组的机组位置处的流向湍流度最大值且
Figure BDA0003127618510000051
所述ΔIumax,hub,i-1表示第i-1台风电机组在轮毂高度水平面内远场尾流附加流向湍流度的最大值随下游距离的变化函数且
Figure BDA0003127618510000052
当i＝1时，Iumax,hub,i＝Ia；x(i-1)表示根据所述下游位置的X轴坐标x与第i-1台风电机组的机组位置的X轴坐标xt(i-1)确定的下游距离，所述
Figure BDA0003127618510000053
表示第i-1台风电机组的机组推力系数，所述Di-1表示第i-1台风电机组的风轮直径；
所述σ0表示在风轮位置处尾流速度损失剖面标准差且
Figure BDA0003127618510000054
Figure BDA0003127618510000055
所述风轮位置处尾流速度损失是在根据所述风电机组的风轮高度确定的风轮高度水平面内，由所述风电机组的风轮位置处的尾流速度的速度损失值确定的。
在上述风电场远场尾流流向湍流度确定装置的一个技术方案中，所述径向距离计算模块被进一步配置成执行下列操作：
以所述呈单列排布的多台风电机组中首台风电机组的机组位置为原点，同时以平行于风轮旋转轴的方向为X轴，垂直于所述风电场内气流的来流方向为Y轴，竖直方向为Z轴构建参考坐标系；
按照下式所示的方法分别计算每台所述风电机组的径向距离：
Figure BDA0003127618510000056
其中，所述
Figure BDA0003127618510000057
表示第i台风电机组的远场尾流附加流向湍流度的最大值位置与所述风电机组的轮毂中心线的径向距离，所述σi表示第i台风电机组的尾流速度损失分布的标准差；
所述远场尾流附加流向湍流度计算模块被进一步配置成执行下列操作：
采用所述远场尾流附加流向湍流度的最大值随下游距离的变化函数，根据所述径向距离并按照下式所示的方法计算所述远场尾流附加流向湍流度：
Figure BDA0003127618510000058
其中，所述ΔIui表示第i台风电机组的远场尾流附加流向湍流度，所述
Figure BDA0003127618510000059
表示第i台风电机组的远场尾流附加流向湍流度的最大值位置与第i台风电机组的轮毂中心线的径向距离；
所述ΔIumax,hub,i表示第i台风电机组在轮毂高度水平面内远场尾流附加流向湍流度的最大值随下游距离的变化函数且
Figure BDA0003127618510000061
所述
Figure BDA0003127618510000062
表示第i台风电机组的机组推力系数，所述Di表示第i台风电机组的风轮直径；
所述ri表示第i台风电机组的远场尾流在所述参考坐标系中Y-Z轴形成的平面内的截面中第i台风电机组的下游与所述第i台风电机组的轮毂中心线的距离且
Figure BDA0003127618510000063
所述y表示所述的第i台风电机组的下游位置在所述参考坐标系下的Y轴坐标，所述yt(i)表示第i台风电机组的机组位置在所述参考坐标系下的Y轴坐标，所述z表示所述的第i台风电机组的下游位置在所述参考坐标系下的Z轴坐标，所述zh,i表示第i台风电机组的轮毂的高度；
所述σT,i表示所述第i台风电机组的远场尾流附加流向湍流度呈高斯分布时的标准差且
Figure BDA0003127618510000064
所述σi表示第i台风电机组的尾流速度损失分布的标准差；
所述δ(ri)表示修正函数，且
Figure BDA0003127618510000065
所述α表示所述的第i台风电机组的下游位置与所述第i台风电机组的轮毂中心线的连线相对于所述轮毂高度水平面的夹角，所述Pi表示所述修正函数的权重且
Figure BDA0003127618510000066
所述A表示上叶尖修正系数且所述A是远场尾流附加流向湍流度分量的差值与Ia的比值，所述远场尾流附加流向湍流度分量的差值是第i台风电机组的远场尾流附加流向湍流度在所述参考坐标系下X-Z形成的竖直平面内的附加流向湍流度最大值分量与在X-Y轴形成的水平平面内的附加流向湍流度最大值分量的差值。
在上述风电场远场尾流流向湍流度确定装置的一个技术方案中，所述风电场远场尾流流向湍流度确定模块包括：
整场远场尾流附加湍流度确定子模块，其被配置成根据每台所述风电机组的远场尾流附加流向湍流度并按照下式所示的方法确定所述风电场的整场远场尾流附加湍流度：
Figure BDA0003127618510000067
其中，所述ΔIu表示所述风电场的整场远场尾流附加湍流度；
Figure BDA0003127618510000068
所述m为正整数，所述s表示计算第i台风电机组的远场尾流附加流向湍流度时根据第i台风电机组以及位于第i台风电机组的上游的风电机组确定的风电机组台数；
风电场远场尾流流向湍流度确定子模块，其被配置成根据所述I0与所述整场远场尾流附加湍流度并按照下式所示的方法，确定所述风电场的远场尾流流向湍流度：
Figure BDA0003127618510000071
其中，所述Iu表示风电场的远场尾流流向湍流度，所述ΔIu表示所述风电场的整场远场尾流附加湍流度。
在上述风电场远场尾流流向湍流度确定装置的一个技术方案中，所述装置还包括：
风电机组远场尾流流向湍流度确定模块，其被配置成根据所述I0与所述风电机组在所述轮毂高度水平面内的远场尾流附加流向湍流度并按照下式所示的方法，确定所述风电机组的远场尾流流向湍流度：
Figure BDA0003127618510000072
其中，所述Iui表示第i台风电机组的远场尾流流向湍流度。
本发明上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种有益效果：
在实施本发明的技术方案中，通过风电场内气流的来流环境湍流度与每台风电机组的位置确定风电机组的尾流速度损失分布的标准差，然后根据标准差计算风电机组的远场尾流的附加流向湍流度的最大值的位置与风电机组的轮毂中心线的径向距离，再根据轮毂高度水平面内风电机组的远场尾流附加流向湍流度的最大值随下游距离的变化函数和径向距离计算风电机组在轮毂高度水平面内的远场尾流附加流向湍流度，最后根据每台风电机组的远场尾流附加流向湍流度确定风电场的整场远场尾流附加湍流度，根据来流环境湍流度与整场远场尾流附加湍流度确定风电场的远场尾流流向湍流度。通过上述方法，可以确定多台风电机组呈单列排布时的风电场远场尾流流向湍流度，改善了现有方案中无法计算多台风电机组并存时的风电场远场尾流流向湍流度的问题，提升了风电场内多台风电机组并存时确定风电场远场尾流流向湍流度的准确度，进而提高了风电场微观选址的技术水平。
附图说明
参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于说明的目的，而并非意在对本发明的保护范围组成限制。其中：
图1是根据本发明的一个实施例的风电场远场尾流流向湍流度确定方法的主要步骤流程示意图；
图2是根据本发明的一个实施例的确定风电机组的尾流速度损失分布的标准差的主要步骤流程示意图；
图3是根据本发明的一个实施例的计算风电机组的远场尾流附加流向湍流度的最大值位置与风电机组的轮毂中心线的径向距离的主要步骤流程示意图；
图4是根据本发明的一个实施例的风电场远场尾流流向湍流度确定方法的坐标系示意图；
图5是根据本发明的一个实施例的风电场远场尾流流向湍流度确定方法的仿真试验结果对比示意图；
图6是根据本发明的另一个实施例的风电场远场尾流流向湍流度确定方法的主要步骤流程示意图；
图7是根据本发明的一个实施例的风电场远场尾流流向湍流度确定装置的结构框图。
附图标记列表：
71：数据获取模块；72：尾流速度损失分布标准差确定模块；73：径向距离计算模块；74：远场尾流附加流向湍流度计算模块；75：风电场远场尾流流向湍流度确定模块。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的一些实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
在本发明的描述中，“模块”、“处理器”可以包括硬件、软件或者两者的组合。一个模块可以包括硬件电路，各种合适的感应器，通信端口，存储器，也可以包括软件部分，比如程序代码，也可以是软件和硬件的组合。处理器可以是中央处理器、微处理器、数字信号处理器或者其他任何合适的处理器。处理器具有数据和/或信号处理功能。处理器可以以软件方式实现、硬件方式实现或者二者结合方式实现。非暂时性的计算机可读存储介质包括任何合适的可存储程序代码的介质，比如磁碟、硬盘、光碟、闪存、只读存储器、随机存取存储器等等。术语“A和/或B”表示所有可能的A与B的组合，比如只是A、只是B或者A和B。术语“至少一个A或B”或者“A和B中的至少一个”含义与“A和/或B”类似，可以包括只是A、只是B或者A和B。单数形式的术语“一个”、“这个”也可以包含复数形式。
风电场运行过程中，多台风力发电机组尾流的在下游掺混、重叠，增加了风电场间流体流动的复杂性，湍流度水平明显提升。研究表明，风力发电机组上的疲劳载荷与所受流向湍流度成正比；流向湍流度的存在促进了风电场中风力发电机组尾流的恢复和交互作用，进而增加了风电场功率和下游机组结构负荷的可变性。理论上风电场整场流向湍流度的分布可以用下式(1)表达：
Figure BDA0003127618510000081
其中，Iu表示风电场整场的流向湍流度，I0表示风电场内气流的来流环境湍流度，ΔIu表示附加流向湍流度。在上述各个参数中，I0为已知量，重点是通过对风电场尾流叠加区内相应位置处附加流向湍流度的确定，实现风电场尾流叠加区内流向湍流度的确定。为确定风电场尾流叠加区内的附加流向湍流度，在已有附加流向湍流度模型的基础上，使用合理的湍流度叠加方法是提高风电场尾流叠加区附加流向湍流度计算精度的核心。
目前传统的湍流度叠加方法包括：第一种是在全尾流情况下，基于流向湍流度在风电场第二排和第三排机组位置处便已达到准平衡态的物理认识，Niayifar&Porté-Agel提出的一种通过计算上游距离最近风电机组产生的附加湍流强度，进而求取风电场内相应位置处附加流向湍流度的max方法(Niayifar A,Porté-Agel F.Analytical Modeling ofWind Farms:A New Approach for Power Prediction[J].Energies,2016,9(9),741)；第二种是Qian GW&Ishihara T在机组对风情况下，提出的一种考虑叠加区湍流度修正的平方和附加流向湍流度叠加方法(Qian G W,Ishihara T.Wind Farm Power Maximizationthrough Wake Steering with a New Multiple Wake Model for Prediction ofTurbulence Intensity[J].Energy,2020)。
其中，max湍流度叠加方法认为给定位置处的附加流向湍流度大小只与上游相邻机组有关，强调了湍流度叠加中相邻机组的重要性，填补了湍流度叠加研究领域的空白，被用于风电场尾流叠加模型中尾流膨胀率的计算。但该叠加方法忽略了风电场中风电机组尾流之间的相互作用，未对风电场中湍流度的干涉、重叠现象加以研究。
修正后的平方和湍流度叠加方法虽然考虑了风电场中机组尾流之间的干涉作用，极大的促进了风电场流向湍流度预测的发展，但还存在以下方面的不足：
(1)附加湍流度叠加过程中，上游最接近的风电机组的影响往往是决定性的，采用平方和的形式并不能体现这一特性，仅在前排机组推力系数很小的情况下适用。
(2)全尾流情况下，对轮毂中心的附加流向湍流度进行修正时，易使轮毂中心处的附加流向湍流度大于叶尖处的，与尾流区域附加流向湍流度主要由流体的径向剪切所产生，轮毂中心线上的流向湍流度主要通过湍流扩散的传输才得以增加的规律不符。
在本发明的一个应用场景的例子中，某个风电场中多台风电机组呈单列排布，本发明提供的方法首先获取风电场内气流的来流环境湍流度I0、风电机组的轮毂高度处的环境湍流度Ia以及每台风电机组在风电场内的机组位置，并且根据Ia与机组位置，确定风电机组的尾流速度损失分布的标准差。然后根据这个标准差计算风电机组的远场尾流附加流向湍流度的最大值位置与风电机组的轮毂中心线的径向距离，再根据轮毂高度水平面内远场尾流附加流向湍流度的最大值随下游距离的变化函数和径向距离计算风电机组在轮毂高度水平面内的远场尾流附加流向湍流度，最后根据每台风电机组的远场尾流附加流向湍流度确定风电场的整场远场尾流附加湍流度，根据来流环境湍流度I0与整场远场尾流附加湍流度最终确定出风电场的远场尾流流向湍流度。
参阅附图1，图1是根据本发明的一个实施例的风电场远场尾流流向湍流度确定方法的主要步骤流程示意图。如图1所示，本发明实施例中的风电场远场尾流流向湍流度确定方法主要包括下列步骤S101-步骤S105。
步骤S101：获取风电场内气流的来流环境湍流度I0、风电机组的轮毂高度处的环境湍流度Ia以及每台风电机组在风电场内的机组位置。
在本实施例的一个实施方式中，来流环境湍流度I0是已知的，而风电机组的轮毂高度处的环境湍流度Ia以及每台风电机组在风电场内的机组位置是需要测量或计算得到的。
步骤S102：根据Ia与机组位置，确定风电机组的尾流速度损失分布的标准差；其中，尾流速度损失分布可以是在根据风电机组的轮毂高度确定的轮毂高度水平面内，由风电机组在不同的下游位置处的尾流速度的速度损失值确定的。需要说明的是，在本实施例中可以采用数学技术领域中常规的数据分布确定方法，根据下游位置处的尾流速度的速度损失值确定尾流速度损失分布，为了描述简洁，在此不再赘述。
在本实施例的一个实施方式中，可以通过如图2所示的步骤S201至步骤S202确定风电机组的尾流速度损失分布的标准差：
步骤S201：以呈单列排布的多台风电机组中首台风电机组的机组位置为原点，同时以平行于风轮旋转轴的方向为X轴，垂直于风电场内气流的来流方向为Y轴，竖直方向为Z轴构建参考坐标系，如图4所示。
步骤S202：按照下式(2)所示的方法分别确定每台风电机组的尾流速度损失分布的标准差：
σi＝kwx(i)+σ0(2)
公式(2)中各参数含义如下：
x(i)＝x-xt(i)，x表示第i台风电机组的下游位置在参考坐标系下的X轴坐标，xt(i)表示第i台风电机组的机组位置在参考坐标系下的X轴坐标，x(i)表示根据下游位置的X轴坐标x与第i台风电机组的机组位置的X轴坐标xt(i)确定的下游距离，σi表示第i台风电机组的尾流速度损失分布的标准差。
kw表示尾流膨胀率且kw＝0.3837Iumax,hub,i+0.003678，Iumax,hub,i表示在轮毂高度水平面内第i台风电机组的机组位置处的流向湍流度最大值，Iumax,hub,i的计算公式如下式(3)所示：
Figure BDA0003127618510000101
公式(3)中各参数含义如下：
ΔIumax,hub,i-1表示第i-1台风电机组在轮毂高度水平面内远场尾流附加流向湍流度的最大值随下游距离的变化函数且
Figure BDA0003127618510000102
当i＝1时，Iumax,hub,i＝Ia；x(i-1)表示根据下游位置的X轴坐标x与第i-1台风电机组的机组位置的X轴坐标xt(i-1)确定的下游距离，CTi-1表示第i-1台风电机组的机组推力系数，Di-1表示第i-1台风电机组的风轮直径。
在公式(2)中，σ0表示在风轮位置处尾流速度损失剖面标准差且
Figure BDA0003127618510000103
风轮位置处尾流速度损失是在根据风电机组的风轮高度确定的风轮高度水平面内，由风电机组的风轮位置处的尾流速度的速度损失值确定的。需要说明的是，在本实施例中可以采用数学技术领域中常规的数据分布确定方法，根据风轮位置处的尾流速度的速度损失值确定风轮位置处尾流速度损失，为了描述简洁，在此不再赘述。
例如，假设风电机组的轮毂高度处的环境湍流度Ia＝0.116，假设所有风电机组的机组推力系数
Figure BDA0003127618510000104
假设风轮的直径均为Di＝100(单位：米)，假设轮毂高度均为Zh＝100(单位：米)，假设有六台呈单列排布的风力机组，风电机组间的间距均为7D，且其在前述参考坐标系下的坐标分别为(0D,0D)、(7D,0D)、(14D,0D)、(21D，0D)、(28D,0D)、(35D，0D)。
将Ia＝0.116和
Figure BDA0003127618510000105
代入kw＝0.3837Iumax，hub+0.003678中，可以计算出上游第一台风电机组的尾流膨胀率kw＝0.048。
由于所有风电机组的轮毂高度处的环境湍流度Ia、CTi、Di、Zh均一致，所以第二台风电机组至第六台风电机组(将呈单列排布的风电机组从上游到下游的顺序依次称为第一至第六台)的Iumax，hub，i一致。将机组间距7D、Ia＝0.116和
Figure BDA0003127618510000106
代入公式(3)即
Figure BDA0003127618510000107
得出Iumax，hub，i＝0.152，然后将Iumax，hub，i＝0.152和
Figure BDA0003127618510000108
代入kw＝0.3837Iumax，hub+0.003678，可以得出第二台至第六台风电机组的尾流膨胀率kw＝0.062。
将kw＝0.062和Di＝100代入σi＝kwx(i)+σ0，可以根据实施例中尾流速度损失剖面标准差的实际结果，对σ0进行调整，得到第一台风电机组的尾流速度损失分布的标准差σ1＝0.048x(1)+0.281D1，第二台至第六台风电机组的尾流速度损失分布的标准差σi＝0.062x(i)+0.281D1，D1表示第一台风电机组的风轮直径。
通过上述步骤，可以计算出单列排布的风电机组的尾流速度损失分布的标准差。
步骤S103：根据标准差计算在轮毂高度水平面内风电机组的远场尾流附加流向湍流度的最大值位置与风电机组的轮毂中心线的径向距离。
在本实施例的一个实施方式中，可以通过如图3所示的步骤S301至步骤S302计算风电机组的远场尾流的附加流向湍流度最大值位置与风电机组的轮毂中心线的径向距离：
步骤S301：以呈单列排布的多台风电机组中首台风电机组的机组位置为原点，同时以平行于风轮旋转轴的方向为X轴，垂直于风电场内气流的来流方向为Y轴，竖直方向为Z轴构建参考坐标系。
步骤S302：按照下式(4)所示的方法分别计算每台风电机组的径向距离：
Figure BDA0003127618510000111
公式(4)中各参数含义如下：
Figure BDA0003127618510000112
表示第i台风电机组的远场尾流附加流向湍流度的最大值位置与风电机组的轮毂中心线的径向距离，σi表示第i台风电机组的尾流速度损失分布的标准差。
继续参阅上述实施例，首先将计算得出的σi代入(4)即
Figure BDA0003127618510000113
和公式
Figure BDA0003127618510000114
计算出第i台风电机组的远场尾流附加流向湍流度的最大值位置与风电机组的轮毂中心线的径向距离和第i台风电机组的远场尾流附加流向湍流度呈高斯分布时的标准差且
Figure BDA0003127618510000115
需要说明的是，
Figure BDA0003127618510000116
在风电机组的下游距离为15Di时不再变化，即
Figure BDA0003127618510000117
或
Figure BDA0003127618510000118
Figure BDA0003127618510000119
通过上述步骤，可以计算出风电机组的远场尾流附加流向湍流度的最大值位置与风电机组的轮毂中心线的径向距离。
步骤S104：采用预设的在轮毂高度水平面内远场尾流附加流向湍流度的最大值随下游距离的变化函数并根据径向距离计算风电机组在轮毂高度水平面内的远场尾流附加流向湍流度。
在本实施例的一个实施方式中，可以通过下列步骤计算风电机组在轮毂高度水平面内的远场尾流附加流向湍流度：
采用远场尾流附加流向湍流度的最大值随下游距离的变化函数，根据径向距离并按照下式(5)所示的方法计算远场尾流附加流向湍流度：
Figure BDA00031276185100001110
公式(5)中各参数含义如下：
ΔIui表示第i台风电机组的远场尾流附加流向湍流度，
Figure BDA00031276185100001111
表示第i台风电机组的远场尾流的附加流向湍流度的最大值位置与第i台风电机组的轮毂中心线的径向距离。
ΔIumax,hub，i表示第i台风电机组在轮毂高度水平面内远场尾流附加流向湍流度的最大值随下游位置的变化函数且
Figure BDA00031276185100001112
Figure BDA00031276185100001113
表示第i台风电机组的机组推力系数，Di表示第i台风电机组的风轮直径。
ri表示第i台风电机组的远场尾流在参考坐标系中Y-Z轴形成的平面内的截面中第i台风电机组的下游位置与第i台风电机组的轮毂中心线的距离且
Figure BDA0003127618510000121
y表示第i台风电机组的远场尾流的截面内第i台风电机组的下游位置在参考坐标系下的Y轴坐标，yt(i)表示第i台风电机组的机组位置在参考坐标系下的Y轴坐标，z表示第i台风电机组的远场尾流的截面内第i台风电机组的下游位置在参考坐标系下的Z轴坐标，zh，i表示第i台风电机组的轮毂的高度。
σT，i表示第i台风电机组的远场尾流附加流向湍流度呈高斯分布时的标准差且
Figure BDA0003127618510000122
σi表示第i台风电机组的尾流速度损失分布的标准差。
δ(ri)表示修正函数，δ(ri)的计算公式如下式(6)所示：
Figure BDA0003127618510000123
公式(6)中各参数含义如下：
α表示第i台风电机组的远场尾流的截面内第i台风电机组的下游位置与第i台风电机组的轮毂中心线的连线相对于轮毂高度水平面的夹角，Pi表示修正函数的权重且
Figure BDA0003127618510000124
A表示上叶尖修正系数且A是远场尾流附加流向湍流度分量的差值与Ia的比值，附加流向湍流度分量的差值是第i台风电机组的远场尾流附加流向湍流度在参考系中X-Z轴形成的竖直平面内的附加流向湍流度最大值分量与在X-Y轴形成的水平平面内的附加流向湍流度最大值分量的差值。
继续参阅上述实施例，将
Figure BDA0003127618510000125
Ia＝0.116、Zh＝100、Di＝100、
Figure BDA0003127618510000126
以及每一台风电机组的坐标代入公式(5)，即
Figure BDA0003127618510000127
得出每一台风电机组在其下游位置(x,y，z)处的附加流向湍流度。
需要说明的是，在本实施例中的上叶尖修正系数的取值可以是A＝0.13，α可以通过以下公式(7)计算得到：
Figure BDA0003127618510000128
公式(7)中各参数含义如下：
其中y表示第i台风电机组的远场尾流的截面内下游位置在参考坐标系下的Y轴坐标，yt(i)表示第i台风电机组的机组位置在参考坐标系下的Y轴坐标。
对于上述步骤中的其它参数，上述步骤中均已进行详细的阐述，为便于简洁，此处不再赘述。
通过上述步骤，可以计算出风电机组在远场尾流区域内的附加流向湍流度。
在本实施例的一个实施方式中，计算出风电机组在轮毂高度水平面内的远场尾流附加流向湍流度之后，还可以根据I0与风电机组在轮毂高度水平面内的远场尾流附加流向湍流度并按照如下公式(8)所示的方法，确定风电机组的远场尾流流向湍流度：
Figure BDA0003127618510000131
公式(8)中各参数含义如下：
Iui表示第i台风电机组的远场尾流流向湍流度。
通过上述步骤，可以计算出每一台风电机组的远场尾流流向湍流度。
步骤S105：根据每台风电机组的远场尾流附加流向湍流度，确定风电场的整场远场尾流附加湍流度，根据I0与整场远场尾流附加湍流度，确定风电场的远场尾流流向湍流度。
在本实施例的一个实施方式中，可以通过下列步骤确定风电场的整场远场尾流附加湍流度：
根据每台风电机组的远场尾流附加流向湍流度并按照如下公式(9)所示的方法确定风电场的整场远场尾流附加湍流度：
Figure BDA0003127618510000132
公式(9)中各参数含义如下：
ΔIu表示风电场的整场远场尾流附加湍流度；
Figure BDA0003127618510000133
m为正整数，s表示计算第i台风电机组的远场尾流附加流向湍流度时根据第i台风电机组以及位于第i台风电机组的上游的风电机组确定的风电机组台数，即风电机组台数s不仅包括位于第i台风电机组的上游的风电机组的台数，还包括第i台风电机组自身这一台风电机组。例如，如果位于第i台风电机组的上游的风电机组的台数是3台，那么s＝3+1＝4。
上述公式中，当ΔIui<0不成立时，
Figure BDA0003127618510000134
即为ΔIu等于sign(E)的m次幂乘以根号下E的绝对值。
在本实施例的一个实施方式中，可以通过下列步骤确定风电场的远场尾流流向湍流度：
根据I0与整场远场尾流附加湍流度并按照下式(10)所示的方法，确定风电场的远场尾流流向湍流度：
Figure BDA0003127618510000135
公式(10)中各参数含义如下：
Iu表示风电场的远场尾流流向湍流度，ΔIu表示风电场的整场远场尾流附加湍流度。
通过上述步骤，就可以计算出风电场的远场尾流流向湍流度。
在本实施例的一个实施方式中，首先判断ΔIu≥0是否成立，如果成立，则使
Figure BDA0003127618510000136
如果不成立，则使
Figure BDA0003127618510000137
通过上述步骤，即可计算出整场远场尾流中第i台风电机组的下游的流向湍流度。
在本实施例的一个实施方式中，可以通过大涡模拟仿真试验包括单列排布的六台风电机组的风电场，选取各风电机组下游x＝5D的位置的流向湍流度对比本实施例提供的风电机组远场尾流流向湍流度的确定方法在相同位置计算得出的结果作为验证，验证的结果如图5所示。
本实施例还提供了另一种风电机组远场尾流流向湍流度确定方法，如图6所示，尾流流向湍流度的确定方法包括步骤S601至步骤S610：
步骤S601：建立x,y,z参考坐标系；
在本实施例中，步骤S601与上述步骤S201类似，且技术效果相同，为便于简洁，在此不再赘述。
步骤S602：获取基本数据：风电场轮毂高度处来流湍流度Ia、轮毂高度Zh、风轮直径D、机组推力系数CT、机组安装位置(xt,yt)；
在本实施例中，步骤S602与上述步骤S101类似，且技术效果相同，为便于简洁，在此不再赘述。
步骤S603：求取轮毂高度水平面内速度损失标准偏差σ；
在本实施例中，步骤S603与上述步骤S102类似，且技术效果相同，为便于简洁，在此不再赘述。
步骤S604：代入附加湍流度模型求取ΔIui；
在本实施例中，附加湍流度模型可以是采用上述步骤S104中公式(5)所示的计算公式构建的数学模型，本实施例中采用附加湍流度模型求取ΔIui的方法与上述步骤S104中的相关方法类似，且技术效果相同，为便于简洁，在此不再赘述。
步骤S605：获取来流环境湍流度I0；
在本实施例中，步骤S605与上述步骤S101类似，且技术效果相同，为便于简洁，在此不再赘述。
步骤S606：采用湍流度叠加方法求取ΔIu；
在本实施例中，湍流度叠加方法与上述步骤S104中公式(9)所示的方法类似，本实施例中采用湍流度叠加方法求取ΔIu的方法与上述步骤S104中的相关方法类型，且技术效果相同，为便于简洁，在此不再赘述。
步骤S607：判断ΔIu是否大于0，若是，则执行步骤S608，若否，则执行步骤S609；
步骤S608：采用公式
Figure BDA0003127618510000141
ΔIu≥0计算风电场的远场尾流流向湍流度；
步骤S609：采用公式
Figure BDA0003127618510000142
ΔIu<0计算风电场的远场尾流流向湍流度；
在本实施例中，步骤S607至步骤S609与上述步骤S105类似，且技术效果相同，为便于简洁，在此不再赘述。
步骤S610：与预设的试验数据进行对比，确定经上述步骤S601至步骤S609得出的风电场的远场尾流流向湍流度的精度。在本实施例中与预设的试验数据的对比结果可以如图5所示。
在本发明实施例中，通过风电场内气流的来流环境湍流度与每台风电机组的位置确定风电机组的尾流速度损失分布的标准差，然后根据标准差计算风电机组的远场尾流的附加流向湍流度的最大值的位置与风电机组的轮毂中心线的径向距离，再根据轮毂高度水平面内附加流向湍流度最大值随下游距离的变化函数和径向距离计算风电机组在远场尾流区域内的附加流向湍流度，最后根据每台风电机组的附加流向湍流度确定风电场的整场远场尾流附加湍流度，根据来流环境湍流度与整场远场尾流附加湍流度确定风电场的远场尾流流向湍流度。
需要指出的是，尽管上述实施例中将各个步骤按照特定的先后顺序进行了描述，但是本领域技术人员可以理解，为了实现本发明的效果，不同的步骤之间并非必须按照这样的顺序执行，其可以同时(并行)执行或以其他顺序执行，这些变化都在本发明的保护范围之内。
进一步，本发明还提供了一种风电场远场尾流流向湍流度确定装置。
参阅附图7，图7是根据本发明的一个实施例的风电场远场尾流流向湍流度确定装置的主要结构框图。如图7所示，本发明实施例中的风电场远场尾流流向湍流度确定装置主要包括数据获取模块71、尾流速度损失分布标准差确定模块72、径向距离计算模块73、远场尾流附加流向湍流度计算模块74和风电场远场尾流流向湍流度确定模块75。在一些实施例中，数据获取模块71、尾流速度损失分布标准差确定模块72、径向距离计算模块73、远场尾流附加流向湍流度计算模块74和风电场远场尾流流向湍流度确定模块75中的一个或多个可以合并在一起成为一个模块。在一些实施例中，数据获取模块71可以被配置成获取风电场内气流的来流环境湍流度I0、风电机组的轮毂高度处的环境湍流度Ia以及每台风电机组在风电场内的机组位置。尾流速度损失分布标准差确定模块72可以被配置成根据Ia与机组位置，确定风电机组的尾流速度损失分布的标准差；其中，尾流速度损失分布是在根据风电机组的轮毂高度确定的轮毂高度水平面内，由风电机组在不同的下游位置处的尾流速度的速度损失值确定的。径向距离计算模块73可以被配置成根据标准差计算在轮毂高度水平面内风电机组的远场尾流附加流向湍流度的最大值位置与风电机组的轮毂中心线的径向距离。远场尾流附加流向湍流度计算模块74可以被配置成采用预设的在轮毂高度水平面内远场尾流附加流向湍流度的最大值随下游距离的变化函数并根据径向距离计算风电机组在轮毂高度水平面内的远场尾流附加流向湍流度。风电场远场尾流流向湍流度确定模块75可以被配置成根据每台风电机组的远场尾流附加流向湍流度，确定风电场的整场远场尾流附加湍流度，根据I0与整场远场尾流附加湍流度，确定风电场的远场尾流流向湍流度。一个实施方式中，具体实现功能的描述可以参见步骤S101至步骤S105所述。
在一个实施方式中，尾流速度损失分布标准差确定模块被进一步配置成执行下列操作：
以呈单列排布的多台风电机组中首台风电机组的机组位置为原点，同时以平行于风轮旋转轴的方向为X轴，垂直于风电场内气流的来流方向为Y轴，竖直方向为Z轴构建参考坐标系；
按照公式(2)示的方法分别确定每台风电机组的尾流速度损失分布的标准差。一个实施方式中，具体实现功能的描述可以参见步骤S201至步骤S202所述。
在一个实施方式中，径向距离计算模块被进一步配置成执行下列操作：以呈单列排布的多台风电机组中首台风电机组的机组位置为原点，同时以平行于风轮旋转轴的方向为X轴，垂直于风电场内气流的来流方向为Y轴，竖直方向为Z轴构建参考坐标系；按照公式(4)所示的方法分别计算每台风电机组的径向距离：
在一个实施方式中，远场尾流附加流向湍流度计算模块被进一步配置成执行下列操作：采用远场尾流附加流向湍流度的最大值随下游距离的变化函数，根据径向距离并按照公式(5)所示的方法计算远场尾流附加流向湍流度。一个实施方式中，具体实现功能的描述可以参见步骤S301至步骤S302所述。
在一个实施方式中，风电场远场尾流流向湍流度确定模块包括：整场远场尾流附加湍流度确定子模块，其被配置成根据每台风电机组的远场尾流附加流向湍流度并按照公式(9)所示的方法确定风电场的整场远场尾流附加湍流度。
在一个实施方式中，风电场远场尾流流向湍流度确定子模块，其被配置成根据I0与整场远场尾流附加湍流度并按照公式(10)所示的方法，确定风电场的远场尾流流向湍流度。
在一个实施方式中，所述装置还包括：
风电机组远场尾流流向湍流度确定模块，其被配置成根据I0与风电机组在轮毂高度水平面内的远场尾流附加流向湍流度并按照公式(8)所示的方法，确定风电机组的远场尾流流向湍流度。
上述风电场远场尾流流向湍流度确定装置以用于执行图1所示的风电场远场尾流流向湍流度确定方法实施例，两者的技术原理、所解决的技术问题及产生的技术效果相似，本技术领域技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，风电场远场尾流流向湍流度确定装置的具体工作过程及有关说明，可以参考风电场远场尾流流向湍流度确定方法的实施例所描述的内容，此处不再赘述。
本领域技术人员能够理解的是，本发明实现上述一实施例的方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器、随机存取存储器、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
进一步，应该理解的是，由于各个模块的设定仅仅是为了说明本发明的装置的功能单元，这些模块对应的物理器件可以是处理器本身，或者处理器中软件的一部分，硬件的一部分，或者软件和硬件结合的一部分。因此，图中的各个模块的数量仅仅是示意性的。
本领域技术人员能够理解的是，可以对装置中的各个模块进行适应性地拆分或合并。对具体模块的这种拆分或合并并不会导致技术方案偏离本发明的原理，因此，拆分或合并之后的技术方案都将落入本发明的保护范围内。
至此，已经结合附图所示的一个实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种风电场远场尾流流向湍流度确定方法，其特征在于，所述风电场包括呈单列排布的多台风电机组，所述方法包括：
获取所述风电场内气流的来流环境湍流度I0、所述风电机组的轮毂高度处的环境湍流度Ia以及每台所述风电机组在所述风电场内的机组位置；
根据所述Ia与所述机组位置，确定所述风电机组的尾流速度损失分布的标准差；其中，所述尾流速度损失分布是在根据所述风电机组的轮毂高度确定的轮毂高度水平面内，由所述风电机组在不同的下游位置处的尾流速度的速度损失值确定的；
根据所述标准差计算在所述轮毂高度水平面内所述风电机组的远场尾流附加流向湍流度的最大值位置与所述风电机组的轮毂中心线的径向距离；
采用预设的在所述轮毂高度水平面内所述远场尾流附加流向湍流度的最大值随下游距离的变化函数并根据所述径向距离计算所述风电机组在所述轮毂高度水平面内的远场尾流附加流向湍流度；
根据每台所述风电机组的远场尾流附加流向湍流度，确定所述风电场的整场远场尾流附加湍流度，根据所述I0与所述整场远场尾流附加湍流度，确定所述风电场的远场尾流流向湍流度。
2.根据权利要求1所述的风电场远场尾流流向湍流度确定方法，其特征在于，“确定所述风电机组的尾流速度损失分布的标准差”的步骤具体包括：
以所述呈单列排布的多台风电机组中首台风电机组的机组位置为原点，同时以平行于风轮旋转轴的方向为X轴，垂直于所述风电场内气流的来流方向为Y轴，竖直方向为Z轴构建参考坐标系；
按照下式所示的方法分别确定每台所述风电机组的尾流速度损失分布的标准差：
σi＝kwx(i)+σ0
其中，x(i)＝x-xt(i)，所述x表示第i台风电机组的下游位置在所述参考坐标系下的X轴坐标，所述xt(i)表示第i台风电机组的机组位置在所述参考坐标系下的X轴坐标，x(i)表示根据所述下游位置的X轴坐标x与所述第i台风电机组的机组位置的X轴坐标xt(i)确定的下游距离，所述σi表示第i台风电机组的尾流速度损失分布的标准差；
所述kw表示尾流膨胀率且kw＝0.3837Iumax，hub，i+0.003678，所述Iumax，hub，i表示在所述轮毂高度水平面内第i台风电机组的机组位置处的流向湍流度最大值且
Figure FDA0003127618500000011
所述ΔIumax，hub，i-1表示第i-1台风电机组在轮毂高度水平面内远场尾流附加流向湍流度的最大值随下游距离的变化函数且
Figure FDA0003127618500000012
当i＝1时，Iumax，hub，i＝Ia；x(i-1)表示根据所述下游位置的X轴坐标x与第i-1台风电机组的机组位置的X轴坐标xt(i-1)确定的下游距离，所述
Figure FDA0003127618500000013
表示第i-1台风电机组的机组推力系数，所述Di-1表示第i-1台风电机组的风轮直径；
所述σ0表示在风轮位置处尾流速度损失剖面标准差且
Figure FDA0003127618500000014
所述风轮位置处尾流速度损失是在根据所述风电机组的风轮高度确定的风轮高度水平面内，由所述风电机组的风轮位置处的尾流速度的速度损失值确定的。
3.根据权利要求1所述的风电场远场尾流流向湍流度确定方法，其特征在于，“计算所述风电机组的远场尾流附加流向湍流度的最大值位置与所述风电机组的轮毂中心线的径向距离”的步骤具体包括：
以所述呈单列排布的多台风电机组中首台风电机组的机组位置为原点，同时以平行于风轮旋转轴的方向为X轴，垂直于所述风电场内气流的来流方向为Y轴，竖直方向为Z轴构建参考坐标系；
按照下式所示的方法分别计算每台所述风电机组的径向距离：
Figure FDA0003127618500000021
其中，所述
Figure FDA0003127618500000022
表示第i台风电机组的远场尾流附加流向湍流度的最大值位置与所述风电机组的轮毂中心线的径向距离，所述σi表示第i台风电机组的尾流速度损失分布的标准差；
“计算所述风电机组在所述轮毂高度水平面内的远场尾流附加流向湍流度”的步骤具体包括：
采用所述远场尾流附加流向湍流度的最大值随下游距离的变化函数，根据所述径向距离并按照下式所示的方法计算所述远场尾流附加流向湍流度：
Figure FDA0003127618500000023
其中，所述ΔIui表示第i台风电机组的远场尾流附加流向湍流度，所述
Figure FDA0003127618500000024
表示第i台风电机组的远场尾流附加流向湍流度的最大值位置与第i台风电机组的轮毂中心线的径向距离；
所述ΔIumax，hub，i表示第i台风电机组在轮毂高度水平面内远场尾流附加流向湍流度的最大值随下游距离的变化函数且
Figure FDA0003127618500000025
所述
Figure FDA0003127618500000026
表示第i台风电机组的机组推力系数，所述Di表示第i台风电机组的风轮直径；
所述ri表示第i台风电机组的远场尾流在所述参考坐标系中Y-Z轴形成的平面内的截面中第i台风电机组的下游位置与所述第i台风电机组的轮毂中心线的距离且
Figure FDA0003127618500000027
所述y表示所述的第i台风电机组的下游在所述参考坐标系下的Y轴坐标，所述yt(i)表示第i台风电机组的机组位置在所述参考坐标系下的Y轴坐标，所述z表示所述的第i台风电机组的下游位置在所述参考坐标系下的Z轴坐标，所述zh，i表示第i台风电机组的轮毂的高度；
所述σT，i表示所述第i台风电机组的远场尾流附加流向湍流度呈高斯分布时的标准差且
Figure FDA0003127618500000028
所述σi表示第i台风电机组的尾流速度损失分布的标准差；
所述δ(ri)表示修正函数，且
Figure FDA0003127618500000031
所述α表示所述的第i台风电机组的下游位置与所述第i台风电机组的轮毂中心线的连线相对于所述轮毂高度水平面的夹角，所述Pi表示所述修正函数的权重且
Figure FDA0003127618500000032
所述A表示上叶尖修正系数且所述A是远场尾流附加流向湍流度分量的差值与Ia的比值，所述远场尾流附加流向湍流度分量的差值是第i台风电机组的远场尾流附加流向湍流度在所述参考坐标系中X-Z轴形成的竖直平面内的附加流向湍流度最大值分量与在X-Y轴形成的水平平面内的附加流向湍流度最大值分量的差值。
4.根据权利要求1所述的风电场远场尾流流向湍流度确定方法，其特征在于，“根据每台所述风电机组的远场尾流附加流向湍流度，确定所述风电场的整场远场尾流附加湍流度”的步骤具体包括：
根据每台所述风电机组的远场尾流附加流向湍流度并按照下式所示的方法确定所述风电场的整场远场尾流附加湍流度：
Figure FDA0003127618500000033
其中，所述ΔIu表示所述风电场的整场远场尾流附加湍流度；
Figure FDA0003127618500000034
所述m为正整数，所述s表示计算第u台风电机组的远场尾流附加流向湍流度时根据第i台风电机组以及位于第i台风电机组的上游的风电机组确定的风电机组台数；
并且/或者，
“根据所述I0与所述整场远场尾流附加湍流度，确定所述风电场的远场尾流流向湍流度”的步骤具体包括：
根据所述I0与所述整场远场尾流附加湍流度并按照下式所示的方法，确定所述风电场的远场尾流流向湍流度：
Figure FDA0003127618500000035
其中，所述Iu表示风电场的远场尾流流向湍流度，所述ΔIu表示所述风电场的整场远场尾流附加湍流度。
5.根据权利要求3所述的风电场远场尾流流向湍流度确定方法，其特征在于，在“计算所述风电机组在所述轮毂高度水平面内的远场尾流附加流向湍流度”的步骤之后，所述方法还包括：
根据所述I0与所述风电机组在所述轮毂高度水平面内的远场尾流附加流向湍流度并按照下式所示的方法，确定所述风电机组的远场尾流流向湍流度：
Figure FDA0003127618500000041
其中，所述Iui表示第i台风电机组的远场尾流流向湍流度。
6.一种风电场远场尾流流向湍流度确定装置，其特征在于，所述风电场包括呈单列排布的多台风电机组，所述装置包括：
数据获取模块，其被配置成获取所述风电场内气流的来流环境湍流度I0、所述风电机组的轮毂高度处的环境湍流度Ia以及每台所述风电机组在所述风电场内的机组位置；
尾流速度损失分布标准差确定模块，其被配置成根据所述Ia与所述机组位置，确定所述风电机组的尾流速度损失分布的标准差；其中，所述尾流速度损失分布是在根据所述风电机组的轮毂高度确定的轮毂高度水平面内，由所述风电机组在不同的下游位置处的尾流速度的速度损失值确定的；
径向距离计算模块，其被配置成根据所述标准差计算在所述轮毂高度水平面内所述风电机组的远场尾流附加流向湍流度的最大值位置与所述风电机组的轮毂中心线的径向距离；
远场尾流附加流向湍流度计算模块，其被配置成采用预设的在所述轮毂高度水平面内所述远场尾流附加流向湍流度的最大值随下游距离的变化函数并根据所述径向距离计算所述风电机组在所述轮毂高度水平面内的远场尾流附加流向湍流度；
风电场远场尾流流向湍流度确定模块，其被配置成根据每台所述风电机组的远场尾流附加流向湍流度，确定所述风电场的整场远场尾流附加湍流度，根据所述I0与所述整场远场尾流附加湍流度，确定所述风电场的远场尾流流向湍流度。
7.根据权利要求6所述的风电场远场尾流流向湍流度确定装置，其特征在于，所述尾流速度损失分布标准差确定模块被进一步配置成执行下列操作：
以所述呈单列排布的多台风电机组中首台风电机组的机组位置为原点，同时以平行于风轮旋转轴的方向为X轴，垂直于所述风电场内气流的来流方向为Y轴，竖直方向为Z轴构建参考坐标系；
按照下式所示的方法分别确定每台所述风电机组的尾流速度损失分布的标准差：
σi＝kwx(i)+σ0
其中，x(i)＝x-xt(i)，所述x表示第i台风电机组的下游位置在所述参考坐标系下的X轴坐标，所述xt(i)表示第i台风电机组的机组位置在所述参考坐标系下的X轴坐标，x(i)表示根据所述下游位置的X轴坐标x与所述第i台风电机组的机组位置的X轴坐标xt(i)确定的下游距离，所述σi表示第i台风电机组的尾流速度损失分布的标准差；
所述kw表示尾流膨胀率且kw＝0.3837Iumax，hub，i+0.003678，所述Iumax，hub，i表示在所述轮毂高度水平面内第i台风电机组的机组位置处的流向湍流度最大值且
Figure FDA0003127618500000042
所述ΔIumax，hub，i-1表示第i-1台风电机组在轮毂高度水平面内远场尾流附加流向湍流度的最大值随下游距离的变化函数且
Figure FDA0003127618500000043
当i＝1时，Iumax，hub，i＝Ia；x(i-1)表示根据所述下游位置的X轴坐标x与第i-1台风电机组的机组位置的X轴坐标xt(i-1)确定的下游距离，所述
Figure FDA0003127618500000044
表示第i-1台风电机组的机组推力系数，所述Di-1表示第i-1台风电机组的风轮直径；
所述σ0表示在风轮位置处尾流速度损失剖面标准差且
Figure FDA0003127618500000051
所述风轮位置处尾流速度损失是在根据所述风电机组的风轮高度确定的风轮高度水平面内，由所述风电机组的风轮位置处的尾流速度的速度损失值确定的。
8.根据权利要求6所述的风电场远场尾流流向湍流度确定装置，其特征在于，所述径向距离计算模块被进一步配置成执行下列操作：
以所述呈单列排布的多台风电机组中首台风电机组的机组位置为原点，同时以平行于风轮旋转轴的方向为X轴，垂直于所述风电场内气流的来流方向为Y轴，竖直方向为Z轴构建参考坐标系；
按照下式所示的方法分别计算每台所述风电机组的径向距离：
Figure FDA0003127618500000052
其中，所述
Figure FDA0003127618500000053
表示第i台风电机组的远场尾流附加流向湍流度的最大值位置与所述风电机组的轮毂中心线的径向距离，所述σi表示第i台风电机组的尾流速度损失分布的标准差；
所述远场尾流附加流向湍流度计算模块被进一步配置成执行下列操作：
采用所述远场尾流附加流向湍流度的最大值随下游距离的变化函数，根据所述径向距离并按照下式所示的方法计算所述远场尾流附加流向湍流度：
Figure FDA0003127618500000054
其中，所述ΔIui表示第i台风电机组的远场尾流附加流向湍流度，所述
Figure FDA0003127618500000055
表示第i台风电机组的远场尾流附加流向湍流度的最大值位置与第i台风电机组的轮毂中心线的径向距离；
所述ΔIumax，hub，i表示第i台风电机组在轮毂高度水平面内远场尾流附加流向湍流度的最大值随下游距离的变化函数且
Figure FDA0003127618500000056
所述
Figure FDA0003127618500000057
表示第i台风电机组的机组推力系数，所述Di表示第i台风电机组的风轮直径；
所述ri表示第i台风电机组的远场尾流在所述参考坐标系中Y-Z轴形成的平面内的截面中第i台风电机组的下游位置与所述第i台风电机组的轮毂中心线的距离且
Figure FDA0003127618500000058
所述y表示所述的第i台风电机组的下游在所述参考坐标系下的Y轴坐标，所述yt(i)表示第i台风电机组的机组位置在所述参考坐标系下的Y轴坐标，所述z表示所述的第i台风电机组的下游位置在所述参考坐标系下的Z轴坐标，所述zh，i表示第i台风电机组的轮毂的高度；
所述σT，i表示所述第i台风电机组的远场尾流附加流向湍流度呈高斯分布时的标准差且
Figure FDA0003127618500000059
所述σi表示第i台风电机组的尾流速度损失分布的标准差；
所述δ(ri)表示修正函数，且
Figure FDA0003127618500000061
所述α表示所述的第i台风电机组的下游位置与所述第i台风电机组的轮毂中心线的连线相对于所述轮毂高度水平面的夹角，所述Pi表示所述修正函数的权重且
Figure FDA0003127618500000062
所述A表示上叶尖修正系数且所述A是远场尾流附加流向湍流度分量的差值与Ia的比值，所述远场尾流附加流向湍流度分量的差值是第i台风电机组的远场尾流附加流向湍流度在所述参考坐标系中X-Z轴形成的竖直平面内的附加流向湍流度最大值分量与在X-Y轴形成的水平平面内的附加流向湍流度最大值分量的差值。
9.根据权利要求6所述的风电场远场尾流流向湍流度确定装置，其特征在于，所述风电场远场尾流流向湍流度确定模块包括：
整场远场尾流附加湍流度确定子模块，其被配置成根据每台所述风电机组的远场尾流附加流向湍流度并按照下式所示的方法确定所述风电场的整场远场尾流附加湍流度：
Figure FDA0003127618500000063
其中，所述ΔIu表示所述风电场的整场远场尾流附加湍流度；
Figure FDA0003127618500000064
所述m为正整数，所述s表示计算第u台风电机组的远场尾流附加流向湍流度时根据第i台风电机组以及位于第i台风电机组的上游的风电机组确定的风电机组台数；
风电场远场尾流流向湍流度确定子模块，其被配置成根据所述I0与所述整场远场尾流附加湍流度并按照下式所示的方法，确定所述风电场的远场尾流流向湍流度：
Figure FDA0003127618500000065
其中，所述Iu表示风电场的远场尾流流向湍流度，所述ΔIu表示所述风电场的整场远场尾流附加湍流度。
10.根据权利要求8所述的风电场远场尾流流向湍流度确定装置，其特征在于，所述装置还包括：
风电机组远场尾流流向湍流度确定模块，其被配置成根据所述I0与所述风电机组在所述轮毂高度水平面内的远场尾流附加流向湍流度并按照下式所示的方法，确定所述风电机组的远场尾流流向湍流度：
Figure FDA0003127618500000066
其中，所述Iui表示第i台风电机组的远场尾流流向湍流度。
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