一种基于风轮面等效风速的微观选址发电量评估方法与流程

本发明涉及风电场微观选址技术领域，尤其涉及一种基于风轮面等效风速的微观选址发电量评估方法。

背景技术：

微观选址发电量评估是风电场开发的核心环节，对风电场效益及风电场投资的成败起着重要的作用。随着我国风电上网电价逐年下调，而风电场开发逐步转向低风速、地形复杂的东南山地地区，风电场的盈亏几乎触及平衡点，因此对发电量评估方法的精确性提出了更为苛刻的要求。

目前的发电量评估方法主要通过轮毂高度风速(hubheightwindspeed,hhws)、风频分布和动态功率曲线计算得到。在计算动态功率曲线时，需要考虑风切变(水平风的垂直切变)这一风况输入条件。通常，假设风切变为指数型函数，且模型指数默认为0.2(指数型风切变)。然而，由于地形地貌和热力变化的影响，风电场的实际风切变通常变化多端且不符合指数规律。此外，目前的动态功率曲线由轮毂高度处的风速定义，轮毂高度处的风速并不能代表整个风轮面的风速变化，因此，采用目前方法计算的动态功率曲线和年发电量与实际情况相比存在较大差异。随着我国的风电开发重心转向低风速复杂山地区域，风电机组叶轮直径不断增大，其扫风面受风切变的影响愈加不可忽视。

技术实现要素：

为了克服已有微观选址发电量评估技术由于未考虑风电场实际风切变而导致的理论缺乏可信度、结果误差大的不足，本发明基于cfd技术和rews的概念提供一种结果精度高、理论实用、计算流程简洁、效率高的发电量评估方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于风轮面等效风速的微观选址发电量评估方法，所述方法包括以下步骤：

a)计算风电场内各风电机组位置处的风切变

在计算风电场各机位点的风切变时，根据风电场空气流动理论建立一套cfd仿真计算方法，同时结合测风塔实测数据，实现风电场各机位点风切变较为准确地计算；

b)考虑各风电机组位置处风切变对发电量的影响，评估风电场的发电量

在评估风电场的发电量时，将常规动态功率曲线转换成由rews表示的动态功率曲线；根据rews的概念，针对风电场各机位点风切变计算rews；根据基于rews的动态功率曲线、rews和威布尔分布，评估各风电机组以及风电场的发电量。

进一步，所述步骤a)中，给出风电场空气流动理论及策略，使用cfd软件对若干个入口风向的风电场流场进行数值仿真，得到各扇区风电场各机位点的风切变；根据测风塔实测数据、风速加速因子、扇区插值理论和风向分布频率，通过加权平均的方法，得到风电场各机位点在设定时间段内的实际综合风切变。该风切变计算方法已经经过验证，与实际测试结果较为吻合。

所述步骤b)中，采用指数为0.2的指数型风切变、特定湍流强度和空气密度作为输入条件计算得到常规动态功率曲线，该动态功率曲线由hhws表示；根据hhws与rews之间的关系，最终得到各机位点通过rews表达的动态功率曲线。

所述步骤b)中，根据rews的概念，结合风轮旋转面和风电场各机位点风切变，计算rews，计算公式为

其中，i代表高度，n代表高度层数，ui代表高度i处的风速，ai代表第i部分的面积，a代表风轮旋转面的面积。

所述步骤b)中，根据计基于rews的动态功率关系曲线、rews和威布尔分布，计算得到考虑风切变影响的各风电机组和风电场年发电量。

本发明的技术构思为：通过对发电量评估方法进行创新改进，采用cfd(computationalfluiddynamics)技术精确计算风电场每台风电机组的风切变，同时采用风轮面等效风速(rotorequivalentwindspeed，rews)来定义动态功率曲线，从而在评估风电场发电量时考虑实际风切变的影响。该方法计算精度高，计算过程简单，对提高微观选址发电量评估精度的意义重大。

本发明的有益效果主要表现在：能够实现运用cfd技术计算得到风电场风切变，为发电量的评估提供一种科学准确的工具，从而大大减小了实际评估的成本。运用rews创新理论表达动态功率曲线并且评估发电量，可以在发电量评估时考虑实际风切变的影响，大大提高评估精度。计算流程简单，与传统计算方法相比并未增加额外计算成本。

附图说明

图1是本发明中结合风轮面和风切变计算rews建模示意图；

图2是一种基于rews的微观选址发电量评估方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1和图2，一种基于风轮面等效风速的微观选址发电量评估方法，所述方法包括以下步骤：

a)计算风电场内各风电机组位置处的风切变

在计算风电场各机位点的风切变时，根据风电场空气流动理论建立一套cfd仿真计算方法，同时结合风速加速因子和风向扇区插值的理论，实现风电场各机位点实际风切变较为准确地计算；

b)考虑各风电机组位置处风切变对发电量的影响，评估风电场的发电量

在评估风电场的发电量时，将常规动态功率曲线转换成由rews表示的动态功率曲线；根据rews的概念，针对风电场各机位点风切变计算rews；根据基于rews的动态功率曲线、rews和威布尔分布，评估各风电机组以及风电场的发电量。

进一步，所述步骤a)中，给出风电场空气流动理论及策略，使用cfd软件对若干个入口风向的风电场流场进行数值仿真，得到各扇区风电场各机位点的风切变；根据测风塔实测数据、风速加速因子、扇区插值理论和风向分布频率，通过加权平均的方法，得到风电场各机位点在设定时间段内的实际综合风切变。

所述步骤b)中，采用指数为0.2的指数型风切变、特定湍流强度和空气密度作为输入条件计算得到常规动态功率曲线，该动态功率曲线由hhws表示；根据hhws与rews之间的关系，最终得到各机位点通过rews表达的动态功率曲线。

所述步骤b)中，根据rews的概念，结合风轮旋转面和风电场各机位点风切变，计算rews。

所述步骤b)中，根据计基于rews的动态功率关系曲线、rews和威布尔分布，计算得到考虑风切变影响的各风电机组和风电场年发电量。

本实施例的基于rews的微观选址发电量评估方法，流程包括：1、前期准备；2、cfd定向计算(多扇区)；3、计算各机位点风切变和rews；4、将常规动态功率曲线转化为基于rews的动态功率曲线；5、评估发电量。

首先进行cfd定向计算的前提是要先准备好几何文件和网格文件并在仿真平台设置好各个参数条件；其次获得rews的前提是先获得各机位点的实际风切变；获得基于rews的动态功率曲线的前提是要先计算得到基于hhws的常规动态功率曲线以及hhws与rews间的关系；其中测风塔测风数据处理可以为仿真技术正确性的验证和发电量的评估提供依据；最终通过威布尔分布得到的一些参数可为评估发电量提供一个必不可少的输入条件。

所述前期准备包括地形几何文件、网格文件、参数设置，地形文件主要为几何参数建模文件，网格文件通过网格生成软件得到，参数设置主要为数值仿真软件里根据风电场空气流动理论进行对应设置。

所述cfd定向计算如图2所示，使用cfd数值计算方法针对若干个入口风向的风电场流场进行数值仿真，得到风电场各机位点在各扇区的风切变；根据测风塔实测数据、风速加速因子、扇区插值理论和风向分布频率，通过加权平均的方法，得到风电场各机位点在该特定时间段内的实际风切变。

所述计算rews如图1所示，根据rews理论针对风电机组风轮面和风切变计算得到。如图1所示，风速度在风轮面垂直方向上的分布可以通过u＝uh表示(h为离地面的高度)，各高度所对应的面积微元通过ah表示。根据rews公式，将风轮面所在区域内不同高度处的面积微元所占风轮面面积之比乘以微元处的风速，再将区域内不同高度处的这些项进行求和，之后对该和开立方即可得rews，该计算过程可通过计算程序快速实现。计算rews的公式为

其中，i代表高度，n代表高度层数，ui代表高度i处的风速，ai代表第i部分的面积，a代表风轮旋转面的面积。

所述常规动态功率曲线如图2所示，通过采用指数为0.2的指数型风切变、特定湍流强度和空气密度作为输入条件计算而得到，采用hhws表示。

所述基于rews的动态功率曲线如图2所示，是基于常规动态功率曲线转换后得到的。根据hhws与rews之间的关系，将“功率与hhws的关系曲线”转换为“基于rews的动态功率曲线”，最终得到风电场各机位点的基于rews的动态功率曲线。

所述测风塔测风数据处理模块如图2所示，可以与cfd仿真得到的风电场各机位点各扇区风切变结合，最终计算得到各机位点的综合风切变。

本发明的技术方案中，一种基于rews的微观选址发电量评估方法逻辑清晰，考虑到了风电场内每台机组的实际风切变对发电量的影响，能够有效满足评估风电场发电量的精度要求。将风流场cfd仿真技术与测风塔实测数据相结合得到各机位点的实际风切变，考虑了更多的实际因素对风电场发电量的影响，更接近实际；运用rews创新理论表达动态功率曲线并且评估发电量，可以在发电量评估时考虑实际风切变的影响，大大提高发电量评估精度；可应用于不同型号、不同容量机组，可以应用于不同地形地貌的风电场，具有通用性；所述计算流程较为简单，理论实用，计算过程可直接通过程序进行处理，避免了计算时间长和效率低下的问题，能广泛用于风电领域。

虽然经过对本发明结合具体实施进行描述，但不仅限于本发明，对于熟悉本技术领域的人士，依然可以根据上文的叙述做出替代、修改与变化或者等同替换。凡是在本发明的涉及的精神和原则之内，所做的任何替代、修改、等同替换等，均应该包括在本发明的保护范围内。