CN115329690A - 风电场的尾流模拟方法、系统、控制装置及可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及风电场控制技术领域，具体提供一种风电场的尾流模拟方法、系统、控制装置及可读存储介质，旨在解决在进行风电场的尾流模拟时，兼顾计算速度的同时，如何获得更为准确的模拟结果。为此目的，本发明根据风电场的轮毂高度处的无扰动风速和无扰动总湍流强度，获取风电场的风切变因子，并根据风切变因子对风电场的边界条件进行修正，进一步应用修正后的边界条件和k‑ε‑fP湍流模型对风电场进行尾流模拟。通过上述配置方式，本发明应用k‑ε‑fP湍流模型进行风电场尾流模拟时考虑到了风切变对于风电场边界条件的影响，使得模拟的过程更符合风电场的实际情况，在确保计算速度的前提下，使得应用k‑ε‑fP湍流模型对风电场进行尾流模拟结果的准确度更高。
Description
技术领域
本发明涉及风电场控制技术领域，具体提供一种风电场的尾流模拟方法、系统、控制装置及可读存储介质。
背景技术
随着风电技术的发展，风能的开发利用也越来越广泛。在风电场的应用中，由于风电机组尾流的影响，会导致风电场中较大的能量损失，增加湍流强度，并有可能减小下游风电机组的疲劳寿命。因而，有必要对风电场中风电机组的尾流影响建立可靠的工程模型进行模拟。大涡模拟(LES，Large EddySimulation)和雷诺时均(RANS，Reynolds AverageNavier-Stokes)是两种主要的尾流模拟方法。大涡模拟旨在用非稳态Navier-Stokes(纳维叶-斯托克斯)方程来直接模拟大尺度涡，小尺度涡通过近似模型来考虑，其相比于直接模拟的方法，计算时长大大减小。但是因为计算成本仍然较高，距离应用于工程中还有较长的距离。雷诺时均方法凭借其计算成本低、应用范围广等特点，是目前工程中应用较为广泛的方法。
雷诺时均方法中应用较多的湍流模型，如标准k-ε湍流模型，是基于BouSsinesq(布辛涅司克)假设，只能预测各向同性湍流，无法描述风电机组尾流中存在的各向异性湍流。很多学者对标准湍流模型进行了改进，Apsley等人提出了一种替代标准k-ε湍流模型的立方形式的非线性涡流粘度模型(Non-Linear eddy viscositymodels，NLEVM)，该模型不是使用传统的Boussinesq假设，而是基于非线性应力-应变关系，将经验常数Cu变为依赖于流动的变量，模型中存在速度梯度的乘积。经过模拟测试发现，该非线性模型预测的风电机组尾流亏损更接近大涡模拟和实测结果，但是在高湍流水平下会出现数值不稳定的现象。
van der Laan等人对上述非线性化湍流模型进行了简化，忽略了应力-应变关系中的非线性项，并提出了k-ε-fP湍流模型。该模型相比于k-ε可实现湍流模型更加简单，只需要校准常数CR。van der Laan等人使用k-ε湍流模型对8个单台风电机组尾流进行了模拟计算，计算结果与大涡模拟和现场实测结果十分接近。其计算过程中，使用的初始场粗糙度是根据轮毂高度无扰动总湍流强度换算得到的，并非实际粗糙度。在换算时根据湍流强度计算得到的湍流动能公式是根据风洞试验推导得出的，而风洞试验的入流几乎可以看作是均匀入流，即入流风速随高度不发生变化。但是实际风电场和CFD(Computational FluidDynamics，计算流体力学)计算的初始场的风廓线都是带有风切变的，这与理论相违背。通过计算发现vander Laan文章中使用的单台风电机组算例风切变较小；同时，使用k-ε-fP湍流模型计算其他风切变较大的风电机组尾流速度亏损时发现，计算结果与大涡模拟和现场实测结果相差较大。
相应地，本领域需要一种新的风电场尾流模拟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在进行风电场的尾流模拟时，兼顾计算速度的同时，如何获得更为准确的模拟结果。
在第一方面，本发明提供一种风电场的尾流模拟方法，所述方法包括：
根据所述风电场的轮毂高度处的无扰动风速和无扰动总湍流强度，获取所述风电场的风切变因子；
根据所述风切变因子，对所述风电场的边界条件进行修正；
根据修正后的边界条件，应用k-ε-fP湍流模型对所述风电场进行尾流模拟。
在上述风电场的尾流模拟方法的一个技术方案中，“根据所述风电场的轮毂高度处的无扰动风速和无扰动总湍流强度，获取所述风电场的风切变因子”的步骤包括：
根据所述风电场的轮毂高度处的无扰动总湍流强度，获取所述风电场的初始拟合粗糙度；
根据所述风电场的轮毂高度处的无扰动风速和所述初始拟合粗糙度，获取所述风电场的风切变因子。
在上述风电场的尾流模拟方法的一个技术方案中，“根据所述风电场的轮毂高度处的无扰动总湍流强度，获取所述风电场的初始拟合粗糙度”的步骤包括根据以下公式获取所述初始拟合粗糙度：
其中，z0_0为所述初始拟合粗糙度；Href为所述轮毂高度；κ为von Karman常数；Ix，∞为轮毂高度处的无扰动总湍流强度，Cu为模型常数。
在上述风电场的尾流模拟方法的一个技术方案中，“根据所述风电场的轮毂高度处的无扰动风速和所述初始拟合粗糙度，获取所述风电场的风切变因子”的步骤包括：
根据所述风电场的轮毂高度处的无扰动风速，并根据以下公式获取风轮上顶点处的风速和风轮下顶点处的风速：
其中，Uup为风轮上顶点处的风速；Udown为风轮下顶点处的风速；UH，∞为轮毂高度处的无扰动风速；D为风轮直径；
根据风轮上顶点处的风速和风轮下顶点处的风速，并根据以下公式获取所述风切变因子：
γ＝(Uup-Udown)/D
其中，γ为风切变因子。
在上述风电场的尾流模拟方法的一个技术方案中，所述边界条件包括风电场的拟合粗糙度和湍流动能，“根据所述风切变因子，对所述风电场的边界条件进行修正”的步骤包括：
根据所述风切变因子，获取所述风电场的风切变修正值；
根据所述风切变修正值，对所述风电场的风电场的拟合粗糙度和湍流动能进行修正。
在上述风电场的尾流模拟方法的一个技术方案中，“根据所述风切变因子，获取所述风电场的风切变修正值”的步骤包括：
根据以下公式获取所述风切变修正值：
其中，f(γ)为风切变修正值，γ为风切变因子。
在上述风电场的尾流模拟方法的一个技术方案中，“根据所述风切变修正值，对所述风电场的风电场的拟合粗糙度和湍流动能进行修正”的步骤包括：
根据所述风切变修正值，并根据以下公式获取修正后的拟合粗糙度；
其中，z0为修正后的拟合粗糙度；Href为轮毂高度；κ为vonKarman常数；IH，∞为轮毂高度处的无扰动总湍流强度，Cu为模型常数；
根据所述修正后的拟合粗糙度和所述风切变修正值，根据以下公式获取修正后的湍流动能：
其中，k为修正后的湍流动能；IH，∞为轮毂高度处的无扰动总湍流强度；UH，∞为轮毂高度处的无扰动风速。
在第二方面，本发明提供一种风电场的尾流模拟系统，其特征在于，所述系统包括：
风切变因子获取模块，其被配置为根据所述风电场的轮毂高度处的无扰动风速和无扰动总湍流强度，获取所述风电场的风切变因子；
风电场边界条件修正模块，其被配置为根据所述风切变因子，对所述风电场的边界条件进行修正；
尾流模拟模块，其被配置为根据修正后的边界条件，应用k-ε-fP湍流模型对所述风电场进行尾流模拟。
在第三方面，提供一种控制装置，该控制装置包括处理器和存储装置，所述存储装置适于存储多条程序代码，所述程序代码适于由所述处理器加载并运行以执行上述风电场的尾流模拟方法的技术方案中任一项技术方案所述的风电场的尾流模拟方法。
在第四方面，提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质其中存储有多条程序代码，所述程序代码适于由处理器加载并运行以执行上述风电场的尾流模拟方法的技术方案中任一项技术方案所述的风电场的尾流模拟方法。
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，本发明根据风电场的轮毂高度处的无扰动风速和无扰动总湍流强度，获取风电场的风切变因子，并根据风切变因子对风电场的边界条件进行修正，进一步应用修正后的边界条件和k-ε-fP湍流模型对风电场进行尾流模拟。通过上述配置方式，本发明应用k-ε-fP湍流模型进行风电场尾流模拟时考虑到了风切变对于风电场边界条件的影响，使得模拟的过程更符合风电场的实际情况，在确保计算速度的前提下，使得应用k-ε-fP湍流模型对风电场进行尾流模拟结果的准确度更高。
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的尾流模拟方法的主要步骤流程示意图；
图2是根据本发明实施例的一个实施方式的对风电场的拟合粗糙度和湍流动能进行修正的主要步骤流程示意图；
图3是根据本发明实施例的一个实例的尾流模拟结果与现有技术中的尾流模拟结果的比对示意图；
图4是根据本发明的一个实施例的风电场的尾流模拟系统的主要结构框图。
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。
首先，对k-ε-fP湍流模型进行说明。
k-ε-fP湍流模型使用了与k-ε湍流模型相同的应力-应变关系和k-ε运输方程，应力-应变关系根据以下公式(1)确定：
其中，
为雷诺应力，k为湍流动能，δi，j为克罗内克数，vT为湍流粘性系数，Ui，j为平均速度梯度。
k-ε运输方程根据以下公式(2)确定：
其中，vT是湍流粘性系数，P是湍流产生速率，Cε，1，Cε，2，σk，σε是模型常数。
k-ε-fP湍流模型中的vT根据以下公式(3)获得：
ε为湍流耗散率，Cu *是基于流动的参数，可以根据以下公式(4)获取Cu *：
Cu *＝CufP (4)
其中，fP是一个标量函数，用于模拟非平衡流动条件的影响。可以根据以下公式(5)获取fP：
其中，P/ε和
分别为实际和标准流动中湍流产生和耗散的比率。如果直接使用公式(5)会造成在数值上不稳定，因此，进行近似处理，让P/ε≈fPCuσ2，而
代入公式(5)后可获得公式(6)：
其中，CR为Rotta常数，在尾流模拟时取4.5。剪切参数
用于量化局部流动偏离简单剪切流对数定律区域的程度。在流动处于平衡状态中，剪切参数
即
fP＝1，此时k-ε-fP湍流模型即为标准k-ε湍流模型；当
fP＜1时，Cu *＜Cu，此时湍流粘性系数vT减小，在高剪切参数下的湍流动能的耗散率降低。
在本实施方式中，k-ε-fP湍流模型的相关常数如表1所示。
表1 k-ε-fP湍流模型相关模型常数表
| C<sub>R</sub> | C<sub>u</sub> | C<sub>ε，1</sub> | C<sub>ε，2</sub> | σ<sub>k</sub> | σ<sub>ε</sub> | κ |
| 4.5 | 0.033 | 1.21 | 1.92 | 1.00 | 1.30 | 0.40 |
根据IEC61400-1标准，三个方向湍流强度的分量的关系可以用以下公式(7)和公式(8)表示：
如果已知轮毂高度处未受扰动的总流向湍流强度Iu，H，∞，那么可以推算出风电机组轮毂高度处未受扰动的总湍流强度IH，∞，即为要计算初始边界条件需要使用的湍流强度，具体如以下公式(9)所示：
在入口处风廓线采用对数形式，如公式(10)所示：
其中，U为高度z处的风速，u*为摩擦速度，κ为模型常数，取0.4，z0为拟合粗糙度。
湍流动能k可以根据以下公式(11)：
将公式(9)、公式(10)、公式(11)联立，即可获得轮毂高度处无扰动总湍流强度、湍流动能和拟合粗糙度关系式，如公式(12)所示
其中，UH，∞为轮毂高度zH处的风速。
拟合粗糙度z0可以根据以下公式(13)计算获得：
因而，在应用k-ε-fP湍流模型对风电场进行尾流模拟时，已知轮毂高度zH，轮毂高度处未受扰动的风速和总湍流强度，就可以计算初始场的湍流动能和拟合粗糙度，可以将风电场的湍流动能和拟合粗糙度作为初始场入口的边界条件，以实现对风电场的尾流模拟。但是通过上述方法获得湍流动能和拟合粗糙度时是应用风洞试验推导获得的，其过程并未考虑到风切变对于初始场的应用，因而边界条件不准确，进一步会导致应用k-ε-fP湍流模型进行尾流模拟的结果不准确。
本领域需要一种新的风电场尾流模拟方案来解决上述问题。
参阅附图1，图1是根据本发明的一个实施例的风电场的尾流模拟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的尾流模拟方法主要包括下列步骤S101-步骤S103。
步骤S101：根据风电场的轮毂高度处的无扰动风速和无扰动总湍流强度，获取风电场的风切变因子。
在本实施例中，可以根据风电场的轮毂高度处的无扰动风速和无扰动总湍流强度，来计算风电场的风切变因子。其中，风切变因子是指反映风向、风速等在控制水平和/或垂直距离上的变化的参数。
步骤S102：根据风切变因子，对风电场的边界条件进行修正。
在本实施例中，可以根据风切变因子，来修正风电场的边界条件。
一个实施方式中，风电场的边界条件可以包括风电场的拟合粗糙度和湍流动能，即，可以根据风切变因子，对风电场的拟合粗糙度和湍流动能进行修正，以使得风电场的拟合粗糙度和湍流动能能够反映出风电场的风切变。其中，风电场的粗糙度是衡量地面对风摩擦力大小的参数。拟合粗糙度是通过换算获得的风电场的粗糙度，一般根据轮毂高度处的无扰动总湍流强度来计算拟合粗糙度。
步骤S103：根据修正后的边界条件，应用k-ε-fP湍流模型对风电场进行尾流模拟。
在本实施例中，可以应用修正后的边界条件，并应用k-ε-fP湍流模型对风电场进行尾流模拟。
一个实施方式中，可以应用修正后的拟合粗糙度和湍流动能作为边界条件，再应用上述k-ε-fP湍流模型对风电场进行尾流模拟，能够获得更为准确的尾流模拟结果。
基于上述步骤S101-步骤S103，本发明实施例根据风电场的轮毂高度处的无扰动风速和无扰动总湍流强度，获取风电场的风切变因子，并根据风切变因子对风电场的边界条件进行修正，进一步应用修正后的边界条件和k-ε-fP湍流模型对风电场进行尾流模拟。通过上述配置方式，本发明实施例应用k-ε-fP湍流模型进行风电场尾流模拟时考虑到了风切变对于风电场边界条件的影响，使得模拟的过程更符合风电场的实际情况，在确保计算速度的前提下，使得应用k-ε-fP湍流模型对风电场进行尾流模拟结果的准确度更高。
下面对步骤S101和步骤S102作进一步地说明。
在本发明实施例的一个实施方式中，步骤S101可以进一步包括以下步骤S1011和步骤S1012：
步骤S1011：根据风电场的轮毂高度处的无扰动总湍流强度，获取风电场的初始拟合粗糙度。
在本实施方式中，与公式(13)类似，可以根据以下公式(14)获取初始拟合粗糙度：
其中，z0_0为初始拟合粗糙度；Href为轮毂高度；κ为von Karman常数；IH，∞为轮毂高度处的无扰动总湍流强度，Cu为模型常数。
步骤S1012：根据风电场的轮毂高度处的无扰动风速和初始拟合粗糙度，获取风电场的风切变因子。
在本实施方式中，步骤S1012可以进一步包括步骤S10121和步骤S10122：
步骤S10121：根据风电场的轮毂高度处的无扰动风速，并根据以下公式(15)和公式(16)获取风轮上顶点处的风速和风轮下顶点处的风速：
其中，Uup为风轮上顶点处的风速；Udown为风轮下顶点处的风速；UH，∞为轮毂高度处的无扰动风速；D为风轮直径。
步骤S10122：根据风轮上顶点处的风速和风轮下顶点处的风速，并根据以下公式(17)获取风切变因子：
γ＝(Uup-Udown)/D (17)
其中，γ为风切变因子。
在本发明实施例的一个实施方式中，步骤S102可以进一步包括以下步骤S1021和步骤S1022：
步骤S1021：根据风切变因子，获取风电场的风切变修正值。
在本实施方式中，可以根据以下公式(18)获取风切变修改值：
其中，f(γ)为风切变修正值，γ为风切变因子
步骤S1022：根据风切变修正值，对风电场的风电场的拟合粗糙度和湍流动能进行修正。
在本实施方式中，步骤S1022可以进一步包括以下步骤S10221和步骤S10222：
步骤S10221：根据风切变修正值，并根据以下公式(19)获取修正后的拟合粗糙度：
其中，z0为修正后的拟合粗糙度；Href为轮毂高度；κ为von Karman常数；IH，∞为轮毂高度处的无扰动总湍流强度，Cu为模型常数。
步骤S10222：根据修正后的拟合粗糙度和风切变修正值，根据以下公式(20)获取修正后的湍流动能：
其中，k为修正后湍流动能；IH，∞为轮毂高度处的无扰动总湍流强度；UH，∞为轮毂高度处的无扰动风速。
在通过公式(19)和公式(20)获得修正后的修正后的拟合粗糙度和修正湍流动能后，可以将修正后的拟合粗糙度和修正湍流动能作为初始场的边界条件，可以将修正后的拟合粗糙度代入公式(10)中，获取风电场入口处风轮廓线，可以将修正后的湍流动能代入公式(3)获得分子运动粘度，进而应用k-ε-fP湍流模型对风电场的尾流进行模拟。
一个实施方式中，可以参阅附图2，图2是根据本发明实施例的一个实施方式的对风电场的拟合粗糙度和湍流动能进行修正的主要步骤流程示意图。如图2所示，在对风电场的拟合粗糙度和湍流动能进行修正时，可以通过以下步骤：
获取轮毂高度Href和轮毂高度处无扰度总湍流强度IH，∞；根据Href和IH，∞计算初始拟合粗糙度z0_0；根据轮毂高度处无扰动风速UH，∞、风轮直接D和z0_0计算风轮上、下顶点风速Uup、Udown；根据Uup、Udown和D计算风切变因子γ；根据γ计算风切变修正值f(γ)；根据风切变修正值、IH，∞和UH，∞计算修正后的湍流动能k；根据风切变修正值和Href计算修正后的拟合粗糙度z0。
一个实例中，应用本发明实施例的风电场的尾流模拟方法对SWIFT风电机组进行尾流模拟。在本实例中，使用OpenFOAM平台进行模拟计算。需要强调的是，采用OpenFOAM平台只是作为示例，也可以采用EllipSys等其他模拟计算平台。在本实例中可以根据以下步骤S201至步骤S206来进行风电场的尾流模拟：
步骤S201：设置风电场的边界条件。
可以根据表1设定-ε-fP湍流模型中的相关模型常数。
可以根据表2设置风电机组的参数。
表2 SWIFT风电机组模拟计算需要的参数表
可以在在0文件夹中设置风电机组轮毂高度为32.1m、轮毂高度处无扰动风速为8.7m/s。
可以根据公式(14)计算获得风电场的初始拟合粗糙度为：
可以根据公式(15)和公式(16)计算获得风轮上、下顶点处的风速：
可以根据公式(17)计算获得风切变因子：
可以根据公式(18)计算获得风切变修正值：
可以根据公式(19)计算获得修正后的拟合粗糙度：
可以根据公式(20)计算获得修正后的湍流动能：
步骤S202：设置计算域信息。
设置计算域大小为800×600×300(m)；
设置三个方向上的网格数量分别为80，60，30，即单个网格的尺寸为10×10×10(m)；
根据修正后的拟合粗糙度计算底层网络厚度和网格单元膨胀系数，其中根据以下公式(21)计算底层网格厚度yf：
yf＝40Z0＝40×0.000016＝0.00064(m) (21)
底层网格厚度yf和计算域高度满足的关系式为以下公式(22)所示：
其中，q为拉伸网格的等比系数，z为计算域垂直距离，sz为z方向网格数量，计算可得拉伸网格的等比系数q≈1.52。
网格单元膨胀率系数α可以根据以下公式(23)计算获得：
步骤S203：加密网络。
设置需要细化的区域大小，设置左下和右上两个顶点分别为(100，200，10)和(600，400，80)(m)；设置需要细化的方向，选择加密一倍x、y两个方向的网格。
步骤S204：设置制动盘信息。
设定致动盘区域范围：圆盘厚度为15m，半径为风轮半径13.5m，中心点位于(200，300，32.1)(m)；设置计算风速的来流点位置、风轮面积和推力系数。来流点位置设置为致动盘中心点前50m处，即(150，300，32.1)(m)。风轮面积根据以下公式(24)获得：
A＝πR2＝3.14159×13.52＝572.55(m2) (24)
设置推力系数Ct为0.81。
步骤S205：设定SIMPLE算法相关信息。
设置压力、速度和湍流动能耗散率的收敛值，均设置为10-3；设置选用的湍流模型和模型常数，湍流模型选择k-ε-fP湍流模型。
步骤S206：后处理流场信息。
设置需要获取的流场点位信息；使用后处理软件获取流场信息；对流场信息中的尾流速度进行归一化处理。
可以参阅附图3，图3是根据本发明实施例的一个实例的尾流模拟结果与现有技术中的尾流模拟结果的比对示意图，图3中分别为风电机组之间的距离x＝3D、x＝4D和x＝5D(D为风轮直径)的尾流模拟结果，其中，1为修正前k-ε-fP湍流模型模拟结果，2为本发明实施例模拟结果，3为LES模拟结果，4为实际测量结果。如图3所示，使用本发明实施例的风电场的尾流模拟方法获得的尾流模拟结果与未进行边界条件修正的k-ε-fP湍流模型的尾流模拟结果、LES模型尾流模拟结果相比，更接近实际测量结果。
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的尾流模拟系统。
参阅附图4，图4是根据本发明的一个实施例的风电场的尾流模拟系统的主要结构框图。如图4所示，本发明实施例中的风电场的尾流模拟系统可以包括风切变因子获取模块、风电场边界条件修正模块和尾流模拟模块。在本实施例中，风切变因子获取模块可以被配置为根据风电场的轮毂高度处的无扰动风速和无扰动总湍流强度，获取风电场的风切变因子。风电场边界条件修正模块可以被配置为根据风切变因子，对风电场的边界条件进行修正。尾流模拟模块可以被配置为根据修正后的边界条件，应用k-ε-fP湍流模型对风电场进行尾流模拟。
上述风电场的尾流模拟系统以用于执行图1所示的风电场的尾流模拟方法实施例，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，风电场的尾流模拟系统的具体工作过程及有关说明，可以参考风电场的尾流模拟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。所述计算机可读存储介质可以包括：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，所述计算机可读存储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，计算机可读存储介质不包括电载波信号和电信信号。
进一步，本发明还提供了一种控制装置。在根据本发明的一个控制装置实施例中，控制装置包括处理器和存储装置，存储装置可以被配置成存储执行上述方法实施例的风电场的尾流模拟方法的程序，处理器可以被配置成用于执行存储装置中的程序，该程序包括但不限于执行上述方法实施例的风电场的尾流模拟方法的程序。为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，具体技术细节未揭示的，请参照本发明实施例方法部分。该控制装置可以是包括各种电子设备形成的控制装置设备。
进一步，本发明还提供了一种计算机可读存储介质。在根据本发明的一个计算机可读存储介质实施例中，计算机可读存储介质可以被配置成存储执行上述方法实施例的风电场的尾流模拟方法的程序，该程序可以由处理器加载并运行以实现上述风电场的尾流模拟方法。为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，具体技术细节未揭示的，请参照本发明实施例方法部分。该计算机可读存储介质可以是包括各种电子设备形成的存储装置设备，可选的，本发明实施例中计算机可读存储介质是非暂时性的计算机可读存储介质。
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优选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)
1.一种风电场的尾流模拟方法，其特征在于，所述方法包括：
根据所述风电场的轮毂高度处的无扰动风速和无扰动总湍流强度，获取所述风电场的风切变因子；
根据所述风切变因子，对所述风电场的边界条件进行修正；
根据修正后的边界条件，应用k-ε-fP湍流模型对所述风电场进行尾流模拟。
2.根据权利要求1所述的风电场的尾流模拟方法，其特征在于，“根据所述风电场的轮毂高度处的无扰动风速和无扰动总湍流强度，获取所述风电场的风切变因子”的步骤包括：
根据所述风电场的轮毂高度处的无扰动总湍流强度，获取所述风电场的初始拟合粗糙度；
根据所述风电场的轮毂高度处的无扰动风速和所述初始拟合粗糙度，获取所述风电场的风切变因子。
3.根据权利要求2所述的风电场的尾流模拟方法，其特征在于，“根据所述风电场的轮毂高度处的无扰动总湍流强度，获取所述风电场的初始拟合粗糙度”的步骤包括根据以下公式获取所述初始拟合粗糙度：
其中，z0_0为所述初始拟合粗糙度；Href为所述轮毂高度；κ为vonKarman常数；IH，∞为轮毂高度处的无扰动总湍流强度，Cu为模型常数。
4.根据权利要求3所述的风电场的尾流模拟方法，其特征在于，“根据所述风电场的轮毂高度处的无扰动风速和所述初始拟合粗糙度，获取所述风电场的风切变因子”的步骤包括：
根据所述风电场的轮毂高度处的无扰动风速，并根据以下公式获取风轮上顶点处的风速和风轮下顶点处的风速：
其中，Uup为风轮上顶点处的风速；Udown为风轮下顶点处的风速；UH，∞为轮毂高度处的无扰动风速；D为风轮直径；
根据风轮上顶点处的风速和风轮下顶点处的风速，并根据以下公式获取所述风切变因子：
γ＝(Uup-Udown)/D
其中，γ为风切变因子。
5.根据权利要求1所述的风电场的尾流模拟方法，其特征在于，所述边界条件包括风电场的拟合粗糙度和湍流动能，“根据所述风切变因子，对所述风电场的边界条件进行修正”的步骤包括：
根据所述风切变因子，获取所述风电场的风切变修正值；
根据所述风切变修正值，对所述风电场的风电场的拟合粗糙度和湍流动能进行修正。
6.根据权利要求5所述的风电场的尾流模拟方法，其特征在于，“根据所述风切变因子，获取所述风电场的风切变修正值”的步骤包括：
根据以下公式获取所述风切变修正值：
其中，f(γ)为风切变修正值，γ为风切变因子。
7.根据权利要求6所述的风电场的尾流模拟方法，其特征在于，“根据所述风切变修正值，对所述风电场的风电场的拟合粗糙度和湍流动能进行修正”的步骤包括：
根据所述风切变修正值，并根据以下公式获取修正后的拟合粗糙度；
其中，z0为修正后的拟合粗糙度；Href为轮毂高度；κ为von Karman常数；IH，∞为轮毂高度处的无扰动总湍流强度，Cu为模型常数；
根据所述修正后的拟合粗糙度和所述风切变修正值，根据以下公式获取修正后的湍流动能：
其中，k为修正后湍流动能；IH，∞为轮毂高度处的无扰动总湍流强度；UH，∞为轮毂高度处的无扰动风速。
8.一种风电场的尾流模拟系统，其特征在于，所述系统包括：
风切变因子获取模块，其被配置为根据所述风电场的轮毂高度处的无扰动风速和无扰动总湍流强度，获取所述风电场的风切变因子；
风电场边界条件修正模块，其被配置为根据所述风切变因子，对所述风电场的边界条件进行修正；
尾流模拟模块，其被配置为根据修正后的边界条件，应用k-ε-fP湍流模型对所述风电场进行尾流模拟。
9.一种控制装置，包括处理器和存储装置，所述存储装置适于存储多条程序代码，其特征在于，所述程序代码适于由所述处理器加载并运行以执行权利要求1至7中任一项所述的风电场的尾流模拟方法。
10.一种计算机可读存储介质，其中存储有多条程序代码，其特征在于，所述程序代码适于由处理器加载并运行以执行权利要求1至7中任一项所述的风电场的尾流模拟方法。
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| CN202210888046.6A CN115329690A (zh) | 2022-07-25 | 2022-07-25 | 风电场的尾流模拟方法、系统、控制装置及可读存储介质 |
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| CN (1) | CN115329690A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117521282A (zh) * | 2023-11-07 | 2024-02-06 | 国家气候中心 | 用于风电场气候特征模拟的密度依赖型风机参数化方法 |
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2022
- 2022-07-25 CN CN202210888046.6A patent/CN115329690A/zh active Pending
Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN117521282A (zh) * | 2023-11-07 | 2024-02-06 | 国家气候中心 | 用于风电场气候特征模拟的密度依赖型风机参数化方法 |
| CN117521282B (zh) * | 2023-11-07 | 2024-04-12 | 国家气候中心 | 用于风电场气候特征模拟的密度依赖型风机参数化方法 |
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