CN113326636B - 一种远海海上风电场时序出力曲线快速生成方法及系统 - Google Patents

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CN113326636B CN202110739509.8A CN202110739509A CN113326636B CN 113326636 B CN113326636 B CN 113326636B CN 202110739509 A CN202110739509 A CN 202110739509A CN 113326636 B CN113326636 B CN 113326636B
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Abstract

本发明提供一种远海海上风电场时序出力曲线快速生成方法及系统，旨在解决现有的海上风电场时序出力曲线生成方法需要获取历史出力曲线、无法满足风机近尾流区的尾流计算精度、未考虑尾流叠加效应或模型整体计算效率较低的不足，由此填补适应近海深水区、远海海上风电场投建前期的可行性评估以及系统运行模拟需求的海上风电场时序出力曲线生成方法的技术空缺，通过根据实时风速及实时风向对应的尾流效应下风机功率拟合海上风电场时序出力曲线，既减少了计算量提高了计算速度又能保证工程需要的精度。

Description

一种远海海上风电场时序出力曲线快速生成方法及系统
技术领域
本发明涉及海上风力发电技术领域，特别是涉及一种远海海上风电场时序出力曲线快速生成方法及系统。
背景技术
随着陆地风资源的开发饱和，发展海上风电成为能源供给侧结构转型、实现碳达峰的重要手段。海上风电场可按离岸距离分为潮间带风电场、近海风电场、深远海风电场。其中，潮间带风电场和近海风电场易受到日益严苛的环保生态等制约，发展空间受到挤压，而深远海风电场的风资源极其丰富，风速更大且更加稳定，未来海上风电场势必从近海、浅海走向远海、深海。
未来大规模海上风电并网运行后，其较强的反调峰、季节特性将会给电力系统经济稳定运行带来巨大的挑战，进行生产模拟分析是保障系统安全的重要手段。目前高渗透率清洁能源电力系统的运行模拟方法多基于清洁能源机组的出力典型场景，其利用大量历史出力数据生成出力场景。此方法可保证出力数据的原始特性，并兼顾模型计算效率，但需要收集大量的清洁能源历史出力数据。目前我国沿海各省尚未完全开展远海海上风电场投建工作，海上风电场的历史出力数据收集不足，无法满足海上风电场的容量效益分析、技术经济分析等需求。
当前风电场时序出力曲线生成方法主要包括基于历史数据的统计方法和基于风速数据的拟合方法。基于历史数据的统计方法的基本思路为，首先获取历史出力序列的统计特性，再利用自回归移动平均模型等仿真技术生成具有相似特性的风电时间序列。此种方法的应用前提为能够获取一定量的历史出力数据，无法适用于尚未投产风电场的运行模拟或深水区海上风电场投建前期的可行性评估。基于历史数据的统计方法是单纯对数据的处理与模拟，由于同一风速下风向仍可能不同，因此无法完全计及尾流效应、风电场布局等因素对出力曲线的影响，故上述方法只能针对较小范围内的特定风电机组，较难刻画大规模风电场、风电片区的输出功率特性。
发明内容
本发明提供一种远海海上风电场时序出力曲线快速生成方法及系统，旨在解决现有的海上风电场时序出力曲线生成方法需要获取历史出力曲线、无法满足风机近尾流区的尾流计算精度、未考虑尾流叠加效应或模型整体计算效率较低的不足，由此填补适应近海深水区、远海海上风电场投建前期的可行性评估以及系统运行模拟需求的海上风电场时序出力曲线生成方法的技术空缺。
本发明第一方面提供一种远海海上风电场时序出力曲线快速生成方法，包括：
获取海上风电场所处海域的历史风速数据、历史风向数据及海上风机关键参数，根据所述历史风速数据进行风剪切计算，得到风剪切风速数据，并根据所述海上风机关键参数设置风速-风向参数区间；
获取海上风机的位置及数量，根据每台风机位置及所述风速-风向参数区间建立含近尾流区经验尾流模型及尾流叠加效应，得到风速-风向-尾流系数的对应关系表；
判断所述风剪切风速数据及所述历史风向数据是否存在于所述风速-风向参数区间；若是，则根据所述风速-风向-尾流系数的对应关系表得到所述风剪切风速数据及所述历史风向数据对应的海上风场尾流系数；
根据所述海上风机的数量及海上风机功率外特性曲线建立风场功率模型，得到所述历史风速及风向下不考虑尾流效应的海上风场功率；
根据所述历史风速及风向对应的风场尾流系数和不考虑尾流效应的海上风场功率，得到考虑尾流效应的海上风场功率，遍历所有历史风速数据及历史风向数据计算得出所有历史数据对应的考虑尾流效应的海上风场功率并拟合海上风电场时序出力曲线。
进一步地，所述含近尾流区经验尾流模型为以风机叶轮旋转面为底的圆台形尾流区；尾流半径随横截面距叶轮平面垂直距离增加而线性增大；尾流区外的风速为来风风速，尾流区内的风速为尾流衰减风速；尾流区包括：近尾流区和常规尾流区；近尾流区为以风机叶轮旋转面为底的锥形区，区内风速恒定，近尾流区最大延伸距离与风速有关。
进一步地，所述含近尾流区经验尾流模型包括：尾流风速模型、尾流半径模型、中心轴线速度衰减模型及位置变量模型；
其中，所述尾流风速模型通过以下公式计算：
Figure BDA0003140914570000031
其中，x为尾流区内目标点距上游风轮的垂直距离，r为尾流区内目标点距轴线的距离，v(x,r)为尾流区内目标点的尾流风速，v0为尾流区外的来风风速，vT为近尾流区内的恒定风速，Δv(x)为中心轴线速度衰减值，ξ(x)为无量纲位置变量，R(x)为近尾流区的外轴线距离目标点的尾流半径，Rc(x)为近尾流区的内轴线距离目标点的尾流半径，xc为近尾流区的顶点距风轮的轴线距离；
所述尾流半径模型通过以下公式计算：
Figure BDA0003140914570000041
其中，xc为近尾流区的顶点距风轮的轴线距离，R0为风机叶轮半径，k为尾流区边界层的斜率，Rc(x)为近尾流区的内轴线距离目标点的尾流半径，R(x)为近尾流区的外轴线距离目标点的尾流半径，x为尾流区内目标点距上游风轮的垂直距离；
所述中心轴线速度衰减模型通过以下公式计算：
Figure BDA0003140914570000042
其中，x为尾流区内目标点距上游风轮的垂直距离，Δv(x)为中心轴线速度衰减值，v0为尾流区外的来风风速，vT为近尾流区内的恒定风速，R0为风机叶轮半径，R(x)为近尾流区的外轴线距离目标点的尾流半径，xc为近尾流区的顶点距风轮的轴线距离；
所述位置变量模型通过以下公式计算：
Figure BDA0003140914570000043
其中，ξ(x)为位置变量，x为尾流区内目标点距上游风轮的垂直距离，r为尾流区内目标点距轴线的距离，Rc(x)为近尾流区的内轴线距离目标点的尾流半径，R(x)为近尾流区的外轴线距离目标点的尾流半径，xc为近尾流区的顶点距风轮的轴线距离。
进一步地，所述根据每台风机位置及所述风速-风向参数区间建立含近尾流区经验尾流模型及尾流叠加效应之前，还包括：
根据同一平面内尾流半径和风轮半径的大小关系，判断尾流区与风轮存在三种位置情况：不相交、相交但不包含、包含；
若尾流区与风轮的位置情况为不相交，则尾流效应不影响下游风机的来风风速；
若尾流区与风轮的位置情况为包含，则下游风机的风轮完全处于尾流区内，通过所述尾流风速模型得到尾流风速；
若尾流区与风轮的位置情况为相交，则下游风机的风轮不完全处于尾流区内，通过尾流叠加效应模型得到风机的来风风速。
进一步地，所述尾流叠加效应模型通过以下公式计算：
Figure BDA0003140914570000051
vi＝v0-Δvi；
其中，Δvi为上游k台风机对下游风机i叠加作用产生的尾流风速衰减；Sj-i为第j台风机的尾流区与风机i的扫风面的相交面积；vj为第j台风机的来风风速；v(xi,ri)为风机i受第j台风机尾流影响的来风风速；S0为海上风机的扫风面积，vi为风机i的来风风速，v0为来风风速。
进一步地，所述获取海上风电场所处海域的历史风速数据、历史风向数据之后，还包括：
对所述历史风速数据、历史风向数据进行预处理，以减少数据噪音；所述预处理包括：缺失数据补正及异常数据修复。
进一步地，所述获取海上风电场所处海域的历史风速数据、历史风向数据及海上风机关键参数之后，还包括：
获取海上风机的关键参数数据，并根据所述参数数据进行风剪切计算并建立轮毂高度风速模型，得到轮毂高度风速；
其中，所述轮毂高度风速模型，具体地：
Figure BDA0003140914570000052
其中，v(H)为轮毂高度风速，v(h0)为测量风速，H为轮毂高度，Z0为地面粗糙高度，h0为测量风速时的高度。
进一步地，所述根据所述海上风机关键参数设置风速-风向参数区间，包括：
针对海上风场特定的海上风机选型，以海上风机的切入风速vin，最大风能利用系数风速vCp，额定风速vR，切出风速vout作为风速区间的划分依据，将风速数据划分为[vin,vCp)、[vCp,vR)、[vR,vout]三个区间
根据风场所处海域历史风速的概率分布计算每个风速参数区间内的平均风速；其中，所述平均风速通过以下公式计算：
Figure BDA0003140914570000061
其中，
Figure BDA0003140914570000062
为平均风速，v+为区间内的最大风速，v-为区间内的最小风速，v为实时风速，f(v)为区间风速的概率分布函数；
以22.5°为步长，将[0,360°)划分为16个风向区间，区间端值分别为0°、22.5°、45°……337.5°。
进一步地，所述尾流系数通过以下公式计算：
Figure BDA0003140914570000063
其中，ηWE为尾流系数，N为海上风机的数量，i为第i台海上风机，Pi为考虑尾流叠加效应的第i台风机功率，PWT为不考虑尾流效应的风机功率。
进一步地，所述考虑尾流效应的海上风场功率通过以下公式计算：
PWF＝ηWENPWT；
其中，PWF为考虑尾流效应的海上风场功率，ηWE为尾流系数，PWT为不考虑尾流效应的风机功率。
本发明第二方面提供一种远海海上风电场时序出力曲线快速生成系统，包括：
数据获取模块，用于获取海上风电场所处海域的历史风速数据、历史风向数据及海上风机关键参数，根据所述历史风速数据进行风剪切计算，得到风剪切风速数据，并根据所述海上风机关键参数设置风速-风向参数区间；
对应关系表生成模块，用于获取海上风机的位置及数量，根据每台风机位置及所述风速-风向参数区间建立含近尾流区经验尾流模型及尾流叠加效应，得到风速-风向-尾流系数的对应关系表；
判断模块，用于判断所述风剪切风速数据及所述历史风向数据是否存在于所述风速-风向参数区间；若是，则根据所述风速-风向-尾流系数的对应关系表得到所述风剪切风速数据及所述历史风向数据对应的海上风场尾流系数；
风场功率模型建立模块，用于根据所述海上风机的数量及海上风机功率外特性曲线建立风场功率模型，得到所述历史风速及风向下不考虑尾流效应的海上风场功率；
海上风电场时序出力曲线拟合模块，用于根据所述历史风速及风向对应的风场尾流系数和不考虑尾流效应的海上风场功率，得到考虑尾流效应的海上风场功率，遍历所有历史风速数据及历史风向数据计算得出所有历史数据对应的考虑尾流效应的海上风场功率并拟合海上风电场时序出力曲线。
进一步地，所述含近尾流区经验尾流模型为以风机叶轮旋转面为底的圆台形尾流区；尾流半径随横截面距叶轮平面垂直距离增加而线性增大；尾流区外的风速为来风风速，尾流区内的风速为尾流衰减风速；尾流区包括：近尾流区和常规尾流区；近尾流区为以风机叶轮旋转面为底的锥形区，区内风速恒定，近尾流区最大延伸距离与风速有关。
进一步地，所述含近尾流区经验尾流模型包括：尾流风速模型、尾流半径模型、中心轴线速度衰减模型及位置变量模型；
其中，所述尾流风速模型通过以下公式计算：
Figure BDA0003140914570000081
其中，x为尾流区内目标点距上游风轮的垂直距离，r为尾流区内目标点距轴线的距离，v(x,r)为近尾流区内目标点的尾流风速，v0为尾流区外的来风风速，vT为锥形区内的恒定风速，Δv(x)为中心轴线速度衰减值，ξ(x)为无量纲位置变量，R(x)为近尾流区的外轴线距离目标点的尾流半径，Rc(x)为近尾流区的内轴线距离目标点的尾流半径，xc为近尾流区的顶点距风轮的轴线距离；
所述尾流半径模型通过以下公式计算：
Figure BDA0003140914570000082
其中，xc为近尾流区的顶点距风轮的轴线距离，R0为风机叶轮半径，k为尾流区边界层的斜率，Rc(x)为近尾流区的内轴线距离目标点的尾流半径，R(x)为近尾流区的外轴线距离目标点的尾流半径，x为尾流区内目标点距上游风轮的垂直距离；
所述中心轴线速度衰减模型通过以下公式计算：
Figure BDA0003140914570000083
其中，x为尾流区内目标点距上游风轮的垂直距离，Δv(x)为中心轴线速度衰减值，v0为尾流区外的来风风速，vT为近尾流区内的恒定风速，R0为风机叶轮半径，R(x)为近尾流区的外轴线距离目标点的尾流半径，xc为近尾流区的顶点距风轮的轴线距离；
所述位置变量模型通过以下公式计算：
Figure BDA0003140914570000091
其中，ξ(x)为位置变量，x为尾流区内目标点距上游风轮的垂直距离，r为尾流区内目标点距轴线的距离，Rc(x)为近尾流区的内轴线距离目标点的尾流半径，R(x)为近尾流区的外轴线距离目标点的尾流半径，xc为近尾流区的顶点距风轮的轴线距离。
进一步地，所述风场功率模型建立模块，还用于：
根据同一平面内尾流半径和风轮半径的大小关系，判断尾流区与风轮存在三种位置情况：不相交、相交但不包含、包含；
若尾流区与风轮的位置情况为不相交，则尾流效应不影响下游风机的来风风速；
若尾流区与风轮的位置情况为包含，则下游风机的风轮完全处于尾流区内，通过所述尾流风速模型得到尾流风速；
若尾流区与风轮的位置情况为相交，则下游风机的风轮不完全处于尾流区内，通过尾流叠加效应模型得到风机的来风风速。
进一步地，所述尾流叠加效应模型通过以下公式计算：
Figure BDA0003140914570000092
vi＝v0-Δvi；
其中，Δvi为上游k台风机对下游风机i叠加作用产生的尾流风速衰减；Sj-i为第j台风机的尾流区与风机i的扫风面的相交面积；vj为第j台风机的来风风速；v(xi,ri)为风机i受第j台风机尾流影响的来风风速；S0为海上风机的扫风面积，vi为风机i的来风风速，v0为来风风速。
进一步地，所述数据获取模块，还用于：
对所述历史风速数据、历史风向数据进行预处理，以减少数据噪音；所述预处理包括：缺失数据补正及异常数据修复。
进一步地，所述数据获取模块，还用于：
获取海上风机的关键参数数据，并根据所述参数数据进行风剪切计算并建立轮毂高度风速模型，得到轮毂高度风速；
其中，所述轮毂高度风速模型，具体地：
Figure BDA0003140914570000101
其中，v(H)为轮毂高度风速，v(h0)为测量风速，H为轮毂高度，Z0为地面粗糙高度，h0为测量风速时的高度。
进一步地，所述数据获取模块，还用于：
针对海上风场特定的海上风机选型，以海上风机的切入风速vin，最大风能利用系数风速vCp，额定风速vR，切出风速vout作为风速区间的划分依据，将风速数据划分为[vin,vCp)、[vCp,vR)、[vv,vout]三个区间
根据风场所处海域历史风速的概率分布计算每个风速参数区间内的平均风速；其中，所述平均风速通过以下公式计算：
Figure BDA0003140914570000102
其中，
Figure BDA0003140914570000103
为平均风速，v+为区间内的最大风速，v-为区间内的最小风速，v为实时风速，f(v)为区间风速的概率分布函数；
以22.5°为步长，将[0,360°)划分为16个风向区间，区间端值分别为0°、22.5°、45°……337.5°。
进一步地，所述尾流系数通过以下公式计算：
Figure BDA0003140914570000111
其中，ηWE为尾流系数，N为海上风机的数量，i为第i台海上风机，Pi为考虑尾流叠加效应的第i台风机功率，PWT为不考虑尾流效应的风机功率。
进一步地，所述考虑尾流效应的海上风场功率通过以下公式计算：
PWF＝ηηENPWT；
其中，PWF为考虑尾流效应的海上风场功率，ηWE为尾流系数，PWT为不考虑尾流效应的风机功率。
与现有技术相比，本发明实施例的有益效果在于：
1.本发明的输入数据为海上风场所处海域的风速和风向数据，此数据可通过中国海洋信息网、美国大气科学数据中心等平台方便获取，避免了远海海上风场因出力数据收集不足而无法开展运行模拟等研究的困境。
2.本发明采用的改进经验尾流模型加入了动态锥形尾流区，在其他尾流模型的基础上可计及上游风机对近尾流区内的尾流效应，适合具有单列布局等多种风机布局的海上风场拓扑。
3.本发明根据海上风机的具体选型划分风速区间并以各区间的平均风速作为指标，再划分风向为16个区间形成海上风场的尾流系数表，既减少了计算量提高了计算速度又能保证工程需要的精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，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是本发明某一实施例提供的一种远海海上风电场时序出力曲线快速生成方法的流程图；
图2是本发明另一实施例提供的一种远海海上风电场时序出力曲线快速生成方法的流程图；
图3是本发明某一实施例提供的改进的经验尾流模型示意图；
图4是本发明某一实施例提供的尾流区与风轮的相交情况示意图；
图5是本发明某一实施例提供的一种远海海上风电场时序出力曲线快速生成系统的装置图；
图6是本发明某一实施例提供的一种电子设备的结构图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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。
应当理解，文中所使用的步骤编号仅是为了方便描述，不对作为对步骤执行先后顺序的限定。
应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
基于历史数据的统计方法需要对长时间尺度下多维矢量进行相关性分析、标准化处理等，应用于风电场则会导致建模复杂、计算效率低下。基于风速数据的拟合方法则可达到很快的计算速度，且无需采集风电场的历史出力数据，而是通过风机的功率外特性曲线和风速数据拟合出力曲线，此种方法的关键在于如何提高风机尾流效应的计算精度。发明专利文献《一种大规模风电场概率型时序出力模拟方法和装置》采用了Jensen尾流经验模型拟合出力数据，但该模型未建立距风机2到4倍风轮直径的近尾流区的尾流模型，且未针对更为复杂的尾流叠加情况提出解决方案。发明专利文献《一种计及风电机组朝向偏角的工程尾流模型计算方法》考虑了风向对风场尾流分布的影响，但所采用的尾流经验模型仍无法满足风机在近尾流区的尾流计算精度要求。
第一方面。
请参阅图1，本发明提供一种远海海上风电场时序出力曲线快速生成方法，包括：
S10、获取海上风电场所处海域的历史风速数据、历史风向数据及海上风机关键参数，根据所述历史风速数据进行风剪切计算，得到风剪切风速数据，并根据所述海上风机关键参数设置风速-风向参数区间。
在某一具体实施方式中，所述获取海上风电场所处海域的历史风速数据、历史风向数据之后，还包括：
对所述历史风速数据、历史风向数据进行预处理，以减少数据噪音；所述预处理包括：缺失数据补正及异常数据修复。
在某一具体实施方式中，所述获取海上风电场所处海域的历史风速数据、历史风向数据及海上风机关键参数之后，还包括：
获取海上风机的关键参数数据，并根据所述参数数据进行风剪切计算并建立轮毂高度风速模型，得到轮毂高度风速；
其中，所述轮毂高度风速模型，具体地：
Figure BDA0003140914570000141
其中，v(H)为轮毂高度风速，v(h0)为测量风速，H为轮毂高度，Z0为地面粗糙高度，h0为测量风速时的高度。
在某一具体实施方式中，所述根据所述海上风机关键参数设置风速-风向参数区间，包括：
针对海上风场特定的海上风机选型，以海上风机的切入风速vin，最大风能利用系数风速vCp，额定风速vR，切出风速vout作为风速区间的划分依据，将风速数据划分为[vin,vCp)、[vCp,vR)、[vR,vout]三个区间
根据风场所处海域历史风速的概率分布计算每个风速参数区间内的平均风速；其中，所述平均风速通过以下公式计算：
Figure BDA0003140914570000142
其中，
Figure BDA0003140914570000143
为平均风速，v+为区间内的最大风速，v-为区间内的最小风速，v为实时风速，f(v)为区间风速的概率分布函数；
以22.5°为步长，将[0,360°)划分为16个风向区间，区间端值分别为0°、22.5°、45°……337.5°。
S20、获取海上风机的位置及数量，根据每台风机位置及所述风速-风向参数区间建立含近尾流区经验尾流模型及尾流叠加效应，得到风速-风向-尾流系数的对应关系表。
在某一具体实施方式中，所述含近尾流区经验尾流模型为以风机叶轮旋转面为底的圆台形尾流区；尾流半径随横截面距叶轮平面垂直距离增加而线性增大；尾流区外的风速为来风风速，尾流区内的风速为尾流衰减风速；尾流区包括：近尾流区和常规尾流区；近尾流区为以风机叶轮旋转面为底的锥形区，区内风速恒定，近尾流区最大延伸距离与风速有关。
所述含近尾流区经验尾流模型包括：尾流风速模型、尾流半径模型、中心轴线速度衰减模型及位置变量模型；
其中，所述尾流风速模型通过以下公式计算：
Figure BDA0003140914570000151
其中，x为尾流区内目标点距上游风轮的垂直距离，r为尾流区内目标点距轴线的距离，v(x,r)为尾流区内目标点的尾流风速，v0为尾流区外的来风风速，vT为近尾流区内的恒定风速，Δv(x)为中心轴线速度衰减值，ξ(x)为无量纲位置变量，R(x)为近尾流区的外轴线距离目标点的尾流半径，Rc(x)为近尾流区的内轴线距离目标点的尾流半径，xc为近尾流区的顶点距风轮的轴线距离；
所述尾流半径模型通过以下公式计算：
Figure BDA0003140914570000152
其中，xc为近尾流区的顶点距风轮的轴线距离，R0为风机叶轮半径，k为尾流区边界层的斜率，Rc(x)为近尾流区的内轴线距离目标点的尾流半径，R(x)为近尾流区的外轴线距离目标点的尾流半径，x为尾流区内目标点距上游风轮的垂直距离；
所述中心轴线速度衰减模型通过以下公式计算：
Figure BDA0003140914570000161
其中，x为尾流区内目标点距上游风轮的垂直距离，Δv(x)为中心轴线速度衰减值，v0为尾流区外的来风风速，vT为近尾流区内的恒定风速，R0为风机叶轮半径，R(x)为近尾流区的外轴线距离目标点的尾流半径，xc为近尾流区的顶点距风轮的轴线距离；
所述位置变量模型通过以下公式计算：
Figure BDA0003140914570000162
其中，ξ(x)为位置变量，x为尾流区内目标点距上游风轮的垂直距离，r为尾流区内目标点距轴线的距离，Rc(x)为近尾流区的内轴线距离目标点的尾流半径，R(x)为近尾流区的外轴线距离目标点的尾流半径，xc为近尾流区的顶点距风轮的轴线距离。
在某一具体实施方式中，所述根据每台风机位置及所述风速-风向参数区间建立含近尾流区经验尾流模型及尾流叠加效应之前，还包括：
根据同一平面内尾流半径和风轮半径的大小关系，判断尾流区与风轮存在三种位置情况：不相交、相交但不包含、包含；
若尾流区与风轮的位置情况为不相交，则尾流效应不影响下游风机的来风风速；
若尾流区与风轮的位置情况为包含，则下游风机的风轮完全处于尾流区内，通过所述尾流风速模型得到尾流风速；
若尾流区与风轮的位置情况为相交，则下游风机的风轮不完全处于尾流区内，通过尾流叠加效应模型得到风机的来风风速。
所述尾流叠加效应模型通过以下公式计算：
Figure BDA0003140914570000171
vi＝v0-Δvi；
其中，Δvi为上游k台风机对下游风机i叠加作用产生的尾流风速衰减；Sj-i为第j台风机的尾流区与风机i的扫风面的相交面积；vj为第j台风机的来风风速；v(xi,ri)为风机i受第j台风机尾流影响的来风风速；S0为海上风机的扫风面积，vi为风机i的来风风速，v0为来风风速。
S30、判断所述风剪切风速数据及所述历史风向数据是否存在于所述风速-风向参数区间；若是，则根据所述风速-风向-尾流系数的对应关系表得到所述风剪切风速数据及所述历史风向数据对应的海上风场尾流系数。
在某一具体实施方式中，所述尾流系数通过以下公式计算：
Figure BDA0003140914570000172
其中，ηWE为尾流系数，N为海上风机的数量，i为第i台海上风机，Pi为考虑尾流叠加效应的第i台风机功率，PWT为不考虑尾流效应的风机功率。
S40、根据所述海上风机的数量及海上风机功率外特性曲线建立风场功率模型，得到所述历史风速及风向下不考虑尾流效应的海上风场功率。
在某一具体实施方式中，所述考虑尾流效应的海上风场功率通过以下公式计算：
PWF＝ηWENPWT；
其中，PWF为考虑尾流效应的海上风场功率，ηWE为尾流系数，PWT为不考虑尾流效应的风机功率。
S50、根据所述历史风速及风向对应的风场尾流系数和不考虑尾流效应的海上风场功率，得到考虑尾流效应的海上风场功率，遍历所有历史风速数据及历史风向数据计算得出所有历史数据对应的考虑尾流效应的海上风场功率并拟合海上风电场时序出力曲线。
本发明提供一种远海海上风电场时序出力曲线快速生成方法，旨在解决现有的海上风电场时序出力曲线生成方法需要获取历史出力曲线、无法满足风机近尾流区的尾流计算精度、未考虑尾流叠加效应或模型整体计算效率较低的不足，由此填补适应近海深水区、远海海上风电场投建前期的可行性评估以及系统运行模拟需求的海上风电场时序出力曲线生成方法的技术空缺。
请参阅图2，在某一具体实施例中，本发明提供一种远海海上风电场时序出力曲线快速生成方法，包括：
步骤1、获取所研究海上风电场所处海域的风速及风向数据，并对数据进行预处理。
步骤2、获取海上风电场安装的海上风机的关键参数、关键曲线、风机坐标位置。
步骤3、采用对数模型进行风剪切效应计算并转换为轮毂高度风速。
步骤4、根据海上风机选型、风速和风向的概率分布情况，设置风速和风向的适宜区间，以计算风速-风向-尾流系数的对应关系表。
步骤5、根据来风风向，对海上风机的坐标进行变换。
步骤6、采用改进的含近尾流区经验尾流模型计算单台风机的尾流衰减。
步骤7、计算尾流叠加区域面积得到尾流叠加风速及风速-风向-尾流系数的对应关系表。
步骤8、根据风速-风向-尾流系数关系表及风机外特性曲线得到时序出力曲线。
所述步骤1中，对所收集到的风速及风向数据进行预处理，包括以下步骤：
步骤1.1缺失数据补正：若数据缺失个数不超过误差允许的限值，则采用线性插值的方法对数据进行补正，否则使用相同或近似条件下的数据进行替代。
步骤1.2异常数据修正：对短时突变的数据进行校验，删除确认有误的数据并进行缺失数据补正。
所述步骤2中，海上风电场安装的海上风机的关键参数包括风轮直径D，轮毂高度H，额定功率PR，切入风速vin，最大风能利用系数风速vCp，额定风速vR，切出风速vout；关键曲线包括风速v与输出功率P的外特性曲线P-f(v)，风速v与作用于风轮的推力系数CT的曲线CT-g(v)；风机的坐标位置为选定海上风场中某一点为坐标原点后，风机距原点的正东方向距离为横坐标，正北方向距离为纵坐标。
所述步骤3中，风剪切效应是指在近地层中，由于地表的粗糙度及大气稳定度不同，风速随着离地面高度的变化而发生变化的现象。由于所收集风速数据的地表高度通常低于海上风机的轮毂高度，采用指数模型进行换算。指数模型见式(1)，对海上风场而言，地面粗糙高度Z0取10-3米。
Figure BDA0003140914570000191
式中：v(H)为轮毂高度风速，米/秒；v(h0)为所收集的风速，米/秒；H为轮毂高度，米；h0为所收集风速数据对应的高度，米；Z0为地面粗糙高度，米。
所述步骤4中，为减少计算量并在保证一定精度的前提下快速生成时序出力曲线，根据海上风机的选型、风速和风向的概率分布情况，设置风速和风向的适宜区间，以计算风速-风向-尾流系数的对应关系表，具体包含以下步骤：
步骤4.1针对海上风场特定的海上风机选型，以海上风机的切入风速vin，最大风能利用系数风速vCp，额定风速vR，切出风速vout作为风速区间的划分依据，将风速数据划分为[vin,vCp)、[vCp,vR)、[vR,vout]三个区间。
步骤4.2在[vin,vCp)、[vCp,vR)、[vR,vout]三个区间内，对风速数据进行概率分布统计，计算每个区间内的平均风速：
Figure BDA0003140914570000201
式中：v+、v-为区间的上界和下界；
Figure BDA0003140914570000202
为该区间内的平均风速；f(v)为该区间风速的概率分布函数。
步骤4.3以22.5°为步长，将[0,360°)划分为16个风向区间，区间端值分别为0°、22.5°、45°……337.5°。
所述步骤5中，根据来风风向对海上风机的坐标进行变换，需要遵循以下原则：(1)选定的坐标原点保持不变；(2)变换坐标系后，来风方向与纵坐标轴平行；(3)顺时针旋转角度为正，逆时针旋转角度为负。具体变换方法为：
(1)原始坐标系下，风机的坐标为(x,y)；
(2)来风风向为α，即旋转角度为α；
(3)坐标系旋转后，风机在新坐标系下坐标为
(x',y')＝(x cosα-y sinα,y cosα+x sinα)。
所述步骤6中，考虑到近尾流区对尾流计算的影响，尤其是单排风机布局的海上风场受近尾流区影响比其他布局更严重，采用考虑动态锥形区的改进经验尾流模型，如图3所示，以准确描述特定风向下尾流对距离较近的风机的影响。
改进的经验尾流模型认为来风风速通过风轮在向下游传递的过程中，尾流区域内的风速损失以及尾流区的半径与尾流的传输距离成线性关系。下游轴线距离x、半径r处的尾流半径、尾流风速计算如下：
Figure BDA0003140914570000211
式中：x为尾流区内某一点距上游风轮的垂直距离；r为该点距轴线的距离；v0为来风风速；vT为锥形区域A内的恒定风速；ξ(x)为无量纲位置变量；Δv(x)为中心轴线速度衰减；R(x)为锥形区域A外轴线距离x处的尾流半径；xc为锥形区域A顶点距风轮的轴线距离；Rc(x)为锥形区域A内轴线距离x处的尾流半径。
尾流区边界层的斜率为：
Figure BDA0003140914570000212
式中：ka为环境湍流分量；km为切变分量。
Figure BDA0003140914570000213
Figure BDA0003140914570000214
Figure BDA0003140914570000221
式中：a为由环境湍流决定的常数；CT为风机的推力系数。
则尾流半径为：
Figure BDA0003140914570000222
式中：R0为风机叶轮半径。
中心轴线速度衰减Δv(x)为：
Figure BDA0003140914570000223
位置变量ξ(x)为：
Figure BDA0003140914570000224
所述步骤7中，海上风场中同时存在多台风机，上游风机的尾流区可能同时作用于下游同一台风机，形成尾流叠加效应。根据同一平面内尾流半径和风轮半径的大小关系，尾流区与风轮存在三种位置情况，如图4所示：
步骤7所述的计算尾流叠加区域面积得到尾流叠加风速包含以下步骤：
步骤7.1计算尾流下游某一风机所处平面的尾流区的尾流半径R(x)，在变换后的坐标系中求取尾流截面圆心与风轮圆心的欧氏距离d；
步骤7.2根据距离d与半径R(x)和R0的大小关系，判断下游风机是否受上游风机的尾流影响；
步骤7.3图4(a)中，d>R(x)+R0，尾流效应不影响下游风机的来风风速；图4(c)中，d<R(x)-R0，下游风机的风轮完全处于尾流区内，可按式(3)计算尾流风速；图4(b)中，R(x)-R0<d<R(x)+R0，下游风机的风轮不完全处于尾流区内，则采用叠加面积法计算尾流风速，图中阴影部分面积为：
Figure BDA0003140914570000231
其中，角度θ和
Figure BDA0003140914570000232
可通过余弦定理计算得出。
Figure BDA0003140914570000233
步骤7.4上游所有风机在下游风机i处产生的尾流叠加效应为：
Figure BDA0003140914570000234
式中：Δvi为上游k台风机对下游风机i叠加作用产生的尾流风速衰减；Sj-i为第j台风机的尾流区与风机i的扫风面的相交面积；vj为第j台风机的来风风速；v(xi,ri)为风机i受第j台风机尾流影响的来风风速；S0为海上风机的扫风面积。
考虑尾流叠加效应后，风机i的来风风速为：
vi＝v0-Δvi (14)
计算在3个平均风速作为风场的来风风速及对应16个风向下的海上风场尾流系数表。尾流系数计算式为：
Figure BDA0003140914570000241
式中：ηWE为尾流系数；N为海上风场安装的风机台数；Pi为考虑尾流叠加效应的单台风机出力，通过P-f(v)曲线获取风机出力；PWT为不考虑尾流效应的风机出力。
所述步骤8中，拟合海上风场时序出力曲线的步骤为：
步骤8.1输入风速数据，判断风速是否处于在[vin,vCp)、[vCp,vR)、[vR,vout]三个区间中。若为否，则海上风场出力为0；若为是，则进入下一步；
步骤8.2输入风向数据，判断风向所处区间，查风速-风向-尾流系数关系表获得该风速和风向下的海上风场尾流系数ηWE；
步骤8.3根据海上风机的外特性曲线P-f(v)，计算此风速和风向下海上风场的拟合出力大小：
PWF＝ηWENPWT (16)
步骤8.4返回至步骤8.1，直至计算完所有风速下的海上风场出力，形成时序拟合出力曲线。
本发明的输入数据为海上风场所处海域的风速和风向数据，此数据可通过中国海洋信息网、美国大气科学数据中心等平台方便获取，避免了远海海上风场因出力数据收集不足而无法开展运行模拟等研究的困境。
本发明采用的改进经验尾流模型加入了动态锥形尾流区，在其他尾流模型的基础上可计及上游风机对近尾流区内的尾流效应，适合具有单列布局等多种风机布局的海上风场拓扑。
本发明根据海上风机的具体选型划分风速区间并以各区间的平均风速作为指标，再划分风向为16个区间形成海上风场的尾流系数表，既减少了计算量提高了计算速度又能保证工程需要的精度。
第二方面。
请参阅图5，本发明第二方面提供一种远海海上风电场时序出力曲线快速生成系统，包括：
数据获取模块10，用于获取海上风电场所处海域的历史风速数据、历史风向数据及海上风机关键参数，根据所述历史风速数据进行风剪切计算，得到风剪切风速数据，并根据所述海上风机关键参数设置风速-风向参数区间。
在某一具体实施方式中，所述数据获取模块，还用于：
对所述历史风速数据、历史风向数据进行预处理，以减少数据噪音；所述预处理包括：缺失数据补正及异常数据修复。
在某一具体实施方式中，所述数据获取模块，还用于：
获取海上风机的关键参数数据，并根据所述参数数据进行风剪切计算并建立轮毂高度风速模型，得到轮毂高度风速；
其中，所述轮毂高度风速模型，具体地：
Figure BDA0003140914570000251
其中，v(H)为轮毂高度风速，v(h0)为测量风速，H为轮毂高度，Z0为地面粗糙高度，h0为测量风速时的高度。
在某一具体实施方式中，所述数据获取模块，还用于：
针对海上风场特定的海上风机选型，以海上风机的切入风速vin，最大风能利用系数风速vCp，额定风速vR，切出风速vout作为风速区间的划分依据，将风速数据划分为[vin,vcp)、[vCp,vR)、[vR,vout]三个区间
根据风场所处海域历史风速的概率分布计算每个风速参数区间内的平均风速；其中，所述平均风速通过以下公式计算：
Figure BDA0003140914570000261
其中，
Figure BDA0003140914570000262
为平均风速，v+为区间内的最大风速，v-为区间内的最小风速，v为实时风速，f(v)为区间风速的概率分布函数；
以22.5°为步长，将[0,360°)划分为16个风向区间，区间端值分别为0°、22.5°、45°……337.5°。
对应关系表生成模块20，用于获取海上风机的位置及数量，根据每台风机位置及所述风速-风向参数区间建立含近尾流区经验尾流模型及尾流叠加效应，得到风速-风向-尾流系数的对应关系表。
在某一具体实施方式中，所述含近尾流区经验尾流模型为以风机叶轮旋转面为底的圆台形尾流区；尾流半径随横截面距叶轮平面垂直距离增加而线性增大；尾流区外的风速为来风风速，尾流区内的风速为尾流衰减风速；尾流区包括：近尾流区和常规尾流区；近尾流区为以风机叶轮旋转面为底的锥形区，区内风速恒定，近尾流区最大延伸距离与风速有关。
在某一具体实施方式中，所述含近尾流区经验尾流模型包括：尾流风速模型、尾流半径模型、中心轴线速度衰减模型及位置变量模型；
其中，所述尾流风速模型通过以下公式计算：
Figure BDA0003140914570000263
其中，x为尾流区内目标点距上游风轮的垂直距离，r为尾流区内目标点距轴线的距离，v(x,r)为近尾流区内目标点的尾流风速，v0为尾流区外的来风风速，vT为锥形区内的恒定风速，Δv(x)为中心轴线速度衰减值，ξ(x)为无量纲位置变量，R(x)为近尾流区的外轴线距离目标点的尾流半径，Rc(x)为近尾流区的内轴线距离目标点的尾流半径，xc为近尾流区的顶点距风轮的轴线距离；
所述尾流半径模型通过以下公式计算：
Figure BDA0003140914570000271
其中，xc为近尾流区的顶点距风轮的轴线距离，R0为风机叶轮半径，k为尾流区边界层的斜率，Rc(x)为近尾流区的内轴线距离目标点的尾流半径，R(x)为近尾流区的外轴线距离目标点的尾流半径，x为尾流区内目标点距上游风轮的垂直距离；
所述中心轴线速度衰减模型通过以下公式计算：
Figure BDA0003140914570000272
其中，x为尾流区内目标点距上游风轮的垂直距离，Δv(x)为中心轴线速度衰减值，v0为尾流区外的来风风速，vT为近尾流区内的恒定风速，R0为风机叶轮半径，R(x)为近尾流区的外轴线距离目标点的尾流半径，xc为近尾流区的顶点距风轮的轴线距离；
所述位置变量模型通过以下公式计算：
Figure BDA0003140914570000273
其中，ξ(x)为位置变量，x为尾流区内目标点距上游风轮的垂直距离，r为尾流区内目标点距轴线的距离，Rc(x)为近尾流区的内轴线距离目标点的尾流半径，R(x)为近尾流区的外轴线距离目标点的尾流半径，xc为近尾流区的顶点距风轮的轴线距离。
在某一具体实施方式中，所述风场功率模型建立模块，还用于：
根据同一平面内尾流半径和风轮半径的大小关系，判断尾流区与风轮存在三种位置情况：不相交、相交但不包含、包含；
若尾流区与风轮的位置情况为不相交，则尾流效应不影响下游风机的来风风速；
若尾流区与风轮的位置情况为包含，则下游风机的风轮完全处于尾流区内，通过所述尾流风速模型得到尾流风速；
若尾流区与风轮的位置情况为相交，则下游风机的风轮不完全处于尾流区内，通过尾流叠加效应模型得到风机的来风风速。
所述尾流叠加效应模型通过以下公式计算：
Figure BDA0003140914570000281
vi＝v0-Δvi；
其中，Δvi为上游k台风机对下游风机i叠加作用产生的尾流风速衰减；Sj-i为第j台风机的尾流区与风机i的扫风面的相交面积；vj为第j台风机的来风风速；v(xi,ri)为风机i受第j台风机尾流影响的来风风速；S0为海上风机的扫风面积，vi为风机i的来风风速，v0为来风风速。
判断模块30，用于判断所述风剪切风速数据及所述历史风向数据是否存在于所述风速-风向参数区间；若是，则根据所述风速-风向-尾流系数的对应关系表得到所述风剪切风速数据及所述历史风向数据对应的海上风场尾流系数。
在某一具体实施方式中，所述尾流系数通过以下公式计算：
Figure BDA0003140914570000282
其中，ηWE为尾流系数，N为海上风机的数量，i为第i台海上风机，Pi为考虑尾流叠加效应的第i台风机功率，PWT为不考虑尾流效应的风机功率。
风场功率模型建立模块40，用于根据所述海上风机的数量及海上风机功率外特性曲线建立风场功率模型，得到所述历史风速及风向下不考虑尾流效应的海上风场功率。
海上风电场时序出力曲线拟合模块50，用于根据所述历史风速及风向对应的风场尾流系数和不考虑尾流效应的海上风场功率，得到考虑尾流效应的海上风场功率，遍历所有历史风速数据及历史风向数据计算得出所有历史数据对应的考虑尾流效应的海上风场功率并拟合海上风电场时序出力曲线。
在某一具体实施方式中，所述考虑尾流效应的海上风场功率通过以下公式计算：
PWF＝ηWENPWT；
其中，PWF为考虑尾流效应的海上风场功率，ηWE为尾流系数，PWT为不考虑尾流效应的风机功率。
本发明提供一种远海海上风电场时序出力曲线快速生成系统，旨在解决现有的海上风电场时序出力曲线生成方法需要获取历史出力曲线、无法满足风机近尾流区的尾流计算精度、未考虑尾流叠加效应或模型整体计算效率较低的不足，由此填补适应近海深水区、远海海上风电场投建前期的可行性评估以及系统运行模拟需求的海上风电场时序出力曲线生成方法的技术空缺。
第三方面。
本发明提供了一种电子设备，该电子设备包括：
处理器、存储器和总线；
所述总线，用于连接所述处理器和所述存储器；
所述存储器，用于存储操作指令；
所述处理器，用于通过调用所述操作指令，可执行指令使处理器执行如本申请的第一方面所示的一种远海海上风电场时序出力曲线快速生成方法对应的操作。
在一个可选实施例中提供了一种电子设备，如图6所示，图6所示的电子设备5000包括：处理器5001和存储器5003。其中，处理器5001和存储器5003相连，如通过总线5002相连。可选地，电子设备5000还可以包括收发器5004。需要说明的是，实际应用中收发器5004不限于一个，该电子设备5000的结构并不构成对本申请实施例的限定。
处理器5001可以是CPU，通用处理器，DSP，ASIC，FPGA或者其他可编程逻辑器件、晶体管逻辑器件、硬件部件或者其任意组合。其可以实现或执行结合本申请公开内容所描述的各种示例性的逻辑方框，模块和电路。处理器5001也可以是实现计算功能的组合，例如包含一个或多个微处理器组合，DSP和微处理器的组合等。
总线5002可包括一通路，在上述组件之间传送信息。总线5002可以是PCI总线或EISA总线等。总线5002可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图6中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
存储器5003可以是ROM或可存储静态信息和指令的其他类型的静态存储设备，RAM或者可存储信息和指令的其他类型的动态存储设备，也可以是EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储、光碟存储(包括压缩光碟、激光碟、光碟、数字通用光碟、蓝光光碟等)、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质，但不限于此。
存储器5003用于存储执行本申请方案的应用程序代码，并由处理器5001来控制执行。处理器5001用于执行存储器5003中存储的应用程序代码，以实现前述任一方法实施例所示的内容。
其中，电子设备包括但不限于：移动电话、笔记本电脑、数字广播接收器、PDA(个人数字助理)、PAD(平板电脑)、PMP(便携式多媒体播放器)、车载终端(例如车载导航终端)等等的移动终端以及诸如数字TV、台式计算机等等的固定终端。
第四方面。
本发明提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现本申请第一方面所示的一种远海海上风电场时序出力曲线快速生成方法。
本申请的又一实施例提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，当其在计算机上运行时，使得计算机可以执行前述方法实施例中相应内容。

Claims (20)

1.一种远海海上风电场时序出力曲线快速生成方法，其特征在于，包括：
获取海上风电场所处海域的历史风速数据、历史风向数据及海上风机关键参数，根据所述历史风速数据进行风剪切计算，得到风剪切风速数据，并根据所述海上风机关键参数设置风速-风向参数区间；
获取海上风机的位置及数量，根据每台风机位置及所述风速-风向参数区间建立含近尾流区经验尾流模型及尾流叠加效应，得到风速-风向-尾流系数的对应关系表；
判断所述风剪切风速数据及所述历史风向数据是否存在于所述风速-风向参数区间；若是，则根据所述风速-风向-尾流系数的对应关系表得到所述风剪切风速数据及所述历史风向数据对应的海上风场尾流系数；
根据所述海上风机的数量及海上风机功率外特性曲线建立风场功率模型，得到所述历史风速及风向下不考虑尾流效应的海上风场功率；
根据所述历史风速及风向对应的风场尾流系数和不考虑尾流效应的海上风场功率，得到考虑尾流效应的海上风场功率，遍历所有历史风速数据及历史风向数据计算得出所有历史数据对应的考虑尾流效应的海上风场功率并拟合海上风电场时序出力曲线；
所述风速-风向-尾流系数的对应关系表，包括：
计算尾流下游某一风机所处平面的尾流区的尾流半径，以及在变换后的坐标系中求取尾流截面圆心与风轮圆心的欧氏距离；
根据欧氏距离与尾流半径和风机叶轮半径的大小关系，确定下游风机是否受上游风机的尾流影响；
若下游风机的风轮不完全处于尾流区内，则采用叠加面积法计算尾流风速；
结合尾流叠加效应和所述尾流风速计算风机的来风风速；
计算考虑尾流叠加效应的风机功率，求和所有风机的功率得到风场功率，得到在该风速下的海上风场尾流系数；
计算在若干个风向区间和风速下的海上风场尾流系数表，其中，风场的来风风速为所述风速-风向参数区间对应的风速，所述风向区间是对0-360度进行划分后得到风向角度区间。
2.如权利要求1所述的一种远海海上风电场时序出力曲线快速生成方法，其特征在于，所述含近尾流区经验尾流模型为以风机叶轮旋转面为底的圆台形尾流区；尾流半径随横截面距叶轮平面垂直距离增加而线性增大；尾流区外的风速为来风风速，尾流区内的风速为尾流衰减风速；尾流区包括：近尾流区和常规尾流区；近尾流区为以风机叶轮旋转面为底的锥形区，区内风速恒定，近尾流区最大延伸距离与风速有关。
3.如权利要求2所述的一种远海海上风电场时序出力曲线快速生成方法，其特征在于，所述含近尾流区经验尾流模型包括：尾流风速模型、尾流半径模型、中心轴线速度衰减模型及位置变量模型；
其中，所述尾流风速模型通过以下公式计算：
Figure FDA0003711504180000021
其中，x为尾流区内目标点距上游风轮的垂直距离，r为尾流区内目标点距轴线的距离，v(x，r)为尾流区内目标点的尾流风速，v0为尾流区外的来风风速，vT为近尾流区内的恒定风速，Δv(x)为中心轴线速度衰减值，ξ(x)为无量纲位置变量，R(x)为近尾流区的外轴线距离目标点的尾流半径，Rc(x)为近尾流区的内轴线距离目标点的尾流半径，xc为近尾流区的顶点距风轮的轴线距离；
所述尾流半径模型通过以下公式计算：
Figure FDA0003711504180000031
其中，xc为近尾流区的顶点距风轮的轴线距离，R0为风机叶轮半径，k为尾流区边界层的斜率，Rc(x)为近尾流区的内轴线距离目标点的尾流半径，R(x)为近尾流区的外轴线距离目标点的尾流半径，x为尾流区内目标点距上游风轮的垂直距离；
所述中心轴线速度衰减模型通过以下公式计算：
Figure FDA0003711504180000032
其中，x为尾流区内目标点距上游风轮的垂直距离，Δv(x)为中心轴线速度衰减值，v0为尾流区外的来风风速，vT为近尾流区内的恒定风速，R0为风机叶轮半径，R(x)为近尾流区的外轴线距离目标点的尾流半径，xc为近尾流区的顶点距风轮的轴线距离；
所述位置变量模型通过以下公式计算：
Figure FDA0003711504180000033
其中，ξ(x)为位置变量，x为尾流区内目标点距上游风轮的垂直距离，r为尾流区内目标点距轴线的距离，Rc(x)为近尾流区的内轴线距离目标点的尾流半径，R(x)为近尾流区的外轴线距离目标点的尾流半径，xc为近尾流区的顶点距风轮的轴线距离。
4.如权利要求3所述的一种远海海上风电场时序出力曲线快速生成方法，其特征在于，所述根据每台风机位置及所述风速-风向参数区间建立含近尾流区经验尾流模型及尾流叠加效应之前，还包括：
根据同一平面内尾流半径和风轮半径的大小关系，判断尾流区与风轮存在三种位置情况：不相交、相交但不包含、包含；
若尾流区与风轮的位置情况为不相交，则尾流效应不影响下游风机的来风风速；
若尾流区与风轮的位置情况为包含，则下游风机的风轮完全处于尾流区内，通过所述尾流风速模型得到尾流风速；
若尾流区与风轮的位置情况为相交，则下游风机的风轮不完全处于尾流区内，通过尾流叠加效应模型得到风机的来风风速。
5.如权利要求4所述的一种远海海上风电场时序出力曲线快速生成方法，其特征在于，所述尾流叠加效应模型通过以下公式计算：
Figure FDA0003711504180000041
vi＝v0-Δvi；
其中，Δvi为上游k台风机对下游风机i叠加作用产生的尾流风速衰减；Sj-i为第j台风机的尾流区与风机i的扫风面的相交面积；vj为第j台风机的来风风速；v(xi，ri)为风机i受第j台风机尾流影响的来风风速；S0为海上风机的扫风面积，vi为风机i的来风风速，v0为来风风速。
6.如权利要求1所述的一种远海海上风电场时序出力曲线快速生成方法，其特征在于，所述获取海上风电场所处海域的历史风速数据、历史风向数据之后，还包括：
对所述历史风速数据、历史风向数据进行预处理，以减少数据噪音；所述预处理包括：缺失数据补正及异常数据修复。
7.如权利要求1所述的一种远海海上风电场时序出力曲线快速生成方法，其特征在于，所述获取海上风电场所处海域的历史风速数据、历史风向数据及海上风机关键参数之后，还包括：
获取海上风机的关键参数数据，并根据所述参数数据进行风剪切计算并建立轮毂高度风速模型，得到轮毂高度风速；
其中，所述轮毂高度风速模型，具体地：
Figure FDA0003711504180000051
其中，v(H)为轮毂高度风速，v(h0)为测量风速，H为轮毂高度，Z0为地面粗糙高度，h0为测量风速时的高度。
8.如权利要求1所述的一种远海海上风电场时序出力曲线快速生成方法，其特征在于，所述根据所述海上风机关键参数设置风速-风向参数区间，包括：
针对海上风场特定的海上风机选型，以海上风机的切入风速vin，最大风能利用系数风速vCp，额定风速vR，切出风速vout作为风速区间的划分依据，将风速数据划分为[vin，vCp)、[vCp，vR)、[vR，vout]三个区间
根据风场所处海域历史风速的概率分布计算每个风速参数区间内的平均风速；其中，所述平均风速通过以下公式计算：
Figure FDA0003711504180000052
其中，
Figure FDA0003711504180000053
为平均风速，v+为区间内的最大风速，v-为区间内的最小风速，v为实时风速，f(v)为区间风速的概率分布函数；
以22.5°为步长，将[0，360°)划分为16个风向区间，区间端值分别为0°、22.5°、45°......337.5°。
9.如权利要求1所述的一种远海海上风电场时序出力曲线快速生成方法，其特征在于，所述尾流系数通过以下公式计算：
Figure FDA0003711504180000061
其中，ηWE为尾流系数，N为海上风机的数量，i为第i台海上风机，Pi为考虑尾流叠加效应的第i台风机功率，PWT为不考虑尾流效应的风机功率。
10.如权利要求1所述的一种远海海上风电场时序出力曲线快速生成方法，其特征在于，所述考虑尾流效应的海上风场功率通过以下公式计算：
PWF＝ηWENPWT；
其中，PWF为考虑尾流效应的海上风场功率，ηWE为尾流系数，PWT为不考虑尾流效应的风机功率。
11.一种远海海上风电场时序出力曲线快速生成系统，其特征在于，包括：
数据获取模块，用于获取海上风电场所处海域的历史风速数据、历史风向数据及海上风机关键参数，根据所述历史风速数据进行风剪切计算，得到风剪切风速数据，并根据所述海上风机关键参数设置风速-风向参数区间；
对应关系表生成模块，用于获取海上风机的位置及数量，根据每台风机位置及所述风速-风向参数区间建立含近尾流区经验尾流模型及尾流叠加效应，得到风速-风向-尾流系数的对应关系表；
判断模块，用于判断所述风剪切风速数据及所述历史风向数据是否存在于所述风速-风向参数区间；若是，则根据所述风速-风向-尾流系数的对应关系表得到所述风剪切风速数据及所述历史风向数据对应的海上风场尾流系数；
风场功率模型建立模块，用于根据所述海上风机的数量及海上风机功率外特性曲线建立风场功率模型，得到所述历史风速及风向下不考虑尾流效应的海上风场功率；
海上风电场时序出力曲线拟合模块，用于根据所述历史风速及风向对应的风场尾流系数和不考虑尾流效应的海上风场功率，得到考虑尾流效应的海上风场功率，遍历所有历史风速数据及历史风向数据计算得出所有历史数据对应的考虑尾流效应的海上风场功率并拟合海上风电场时序出力曲线；
所述风速-风向-尾流系数的对应关系表，包括：
计算尾流下游某一风机所处平面的尾流区的尾流半径，以及在变换后的坐标系中求取尾流截面圆心与风轮圆心的欧氏距离；
根据欧氏距离与尾流半径和风机叶轮半径的大小关系，确定下游风机是否受上游风机的尾流影响；
若下游风机的风轮不完全处于尾流区内，则采用叠加面积法计算尾流风速；
结合尾流叠加效应和所述尾流风速计算风机的来风风速；
计算考虑尾流叠加效应的风机功率，求和所有风机的功率得到风场功率，得到在该风速下的海上风场尾流系数；
计算在若干个风向区间和风速下的海上风场尾流系数表，其中，风场的来风风速为所述风速-风向参数区间对应的风速，所述风向区间是对0-360度进行划分后得到风向角度区间。
12.如权利要求11所述的一种远海海上风电场时序出力曲线快速生成系统，其特征在于，所述含近尾流区经验尾流模型为以风机叶轮旋转面为底的圆台形尾流区；尾流半径随横截面距叶轮平面垂直距离增加而线性增大；尾流区外的风速为来风风速，尾流区内的风速为尾流衰减风速；尾流区包括：近尾流区和常规尾流区；近尾流区为以风机叶轮旋转面为底的锥形区，区内风速恒定，近尾流区最大延伸距离与风速有关。
13.如权利要求12所述的一种远海海上风电场时序出力曲线快速生成系统，其特征在于，所述含近尾流区经验尾流模型包括：尾流风速模型、尾流半径模型、中心轴线速度衰减模型及位置变量模型；
其中，所述尾流风速模型通过以下公式计算：
Figure FDA0003711504180000081
其中，x为尾流区内目标点距上游风轮的垂直距离，r为尾流区内目标点距轴线的距离，v(x，r)为近尾流区内目标点的尾流风速，v0为尾流区外的来风风速，vT为锥形区内的恒定风速，Δv(x)为中心轴线速度衰减值，ξ(x)为无量纲位置变量，R(x)为近尾流区的外轴线距离目标点的尾流半径，Rc(x)为近尾流区的内轴线距离目标点的尾流半径，xc为近尾流区的顶点距风轮的轴线距离；
所述尾流半径模型通过以下公式计算：
Figure FDA0003711504180000091
其中，xc为近尾流区的顶点距风轮的轴线距离，R0为风机叶轮半径，k为尾流区边界层的斜率，Rc(x)为近尾流区的内轴线距离目标点的尾流半径，R(x)为近尾流区的外轴线距离目标点的尾流半径，x为尾流区内目标点距上游风轮的垂直距离；
所述中心轴线速度衰减模型通过以下公式计算：
Figure FDA0003711504180000092
其中，x为尾流区内目标点距上游风轮的垂直距离，Δv(x)为中心轴线速度衰减值，v0为尾流区外的来风风速，vT为近尾流区内的恒定风速，R0为风机叶轮半径，R(x)为近尾流区的外轴线距离目标点的尾流半径，xc为近尾流区的顶点距风轮的轴线距离；
所述位置变量模型通过以下公式计算：
Figure FDA0003711504180000093
其中，ξ(x)为位置变量，x为尾流区内目标点距上游风轮的垂直距离，r为尾流区内目标点距轴线的距离，Rc(x)为近尾流区的内轴线距离目标点的尾流半径，R(x)为近尾流区的外轴线距离目标点的尾流半径，xc为近尾流区的顶点距风轮的轴线距离。
14.如权利要求13所述的一种远海海上风电场时序出力曲线快速生成系统，其特征在于，所述风场功率模型建立模块，还用于：
根据同一平面内尾流半径和风轮半径的大小关系，判断尾流区与风轮存在三种位置情况：不相交、相交但不包含、包含；
若尾流区与风轮的位置情况为不相交，则尾流效应不影响下游风机的来风风速；
若尾流区与风轮的位置情况为包含，则下游风机的风轮完全处于尾流区内，通过所述尾流风速模型得到尾流风速；
若尾流区与风轮的位置情况为相交，则下游风机的风轮不完全处于尾流区内，通过尾流叠加效应模型得到风机的来风风速。
15.如权利要求14所述的一种远海海上风电场时序出力曲线快速生成系统，其特征在于，所述尾流叠加效应模型通过以下公式计算：
Figure FDA0003711504180000101
vi＝v0-Δvi；
其中，Δvi为上游k台风机对下游风机i叠加作用产生的尾流风速衰减；Sj-i为第j台风机的尾流区与风机i的扫风面的相交面积；vj为第j台风机的来风风速；v(xi，ri)为风机i受第j台风机尾流影响的来风风速；S0为海上风机的扫风面积，vi为风机i的来风风速，v0为来风风速。
16.如权利要求11所述的一种远海海上风电场时序出力曲线快速生成系统，其特征在于，所述数据获取模块，还用于：
对所述历史风速数据、历史风向数据进行预处理，以减少数据噪音；所述预处理包括：缺失数据补正及异常数据修复。
17.如权利要求11所述的一种远海海上风电场时序出力曲线快速生成系统，其特征在于，所述数据获取模块，还用于：
获取海上风机的关键参数数据，并根据所述参数数据进行风剪切计算并建立轮毂高度风速模型，得到轮毂高度风速；
其中，所述轮毂高度风速模型，具体地：
Figure FDA0003711504180000111
其中，v(H)为轮毂高度风速，v(h0)为测量风速，H为轮毂高度，Z0为地面粗糙高度，h0为测量风速时的高度。
18.如权利要求11所述的一种远海海上风电场时序出力曲线快速生成系统，其特征在于，所述数据获取模块，还用于：
针对海上风场特定的海上风机选型，以海上风机的切入风速vin，最大风能利用系数风速vCp，额定风速vR，切出风速vout作为风速区间的划分依据，将风速数据划分为[vin，vCp)、[vCp，vR)、[vR，vout]三个区间
根据风场所处海域历史风速的概率分布计算每个风速参数区间内的平均风速；其中，所述平均风速通过以下公式计算：
Figure FDA0003711504180000112
其中，
Figure FDA0003711504180000113
为平均风速，v+为区间内的最大风速，v-为区间内的最小风速，v为实时风速，f(v)为区间风速的概率分布函数；
以22.5°为步长，将[0，360°)划分为16个风向区间，区间端值分别为0°、22.5°、45°......337.5°。
19.如权利要求11所述的一种远海海上风电场时序出力曲线快速生成系统，其特征在于，所述尾流系数通过以下公式计算：
Figure FDA0003711504180000114
其中，ηWE为尾流系数，N为海上风机的数量，i为第i台海上风机，Pi为考虑尾流叠加效应的第i台风机功率，PWT为不考虑尾流效应的风机功率。
20.如权利要求12所述的一种远海海上风电场时序出力曲线快速生成系统，其特征在于，所述考虑尾流效应的海上风场功率通过以下公式计算：
PWF＝ηWENPWT；
其中，PWF为考虑尾流效应的海上风场功率，ηWE为尾流系数，PWT为不考虑尾流效应的风机功率。
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CN116050287B (zh) * 2022-12-12 2023-12-08 中广核风电有限公司 海上漂浮式风机尾流解析的建模方法和装置
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CN111062617A (zh) * 2019-12-18 2020-04-24 广东电网有限责任公司电网规划研究中心 一种海上风电出力特性分析方法及系统
CN111259552A (zh) * 2020-01-19 2020-06-09 中国电力科学研究院有限公司 一种大规模风电场概率型时序出力模拟方法和装置
CN111709112B (zh) * 2020-04-30 2023-05-16 广东电网有限责任公司电网规划研究中心 一种海上风电运行模拟方法、装置及存储介质
CN112241611B (zh) * 2020-09-14 2022-10-11 浙江运达风电股份有限公司 一种计及风电机组朝向偏角的工程尾流模型计算方法
CN112883577B (zh) * 2021-02-26 2023-07-04 广东电网有限责任公司 一种海上风电场出力典型场景生成方法及存储介质
CN113033009B (zh) * 2021-03-31 2023-01-31 西安热工研究院有限公司 一种在役海上风电场尾流损失实时计算方法

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