一種考慮湍流強度的風(fēng)力發(fā)電機出力評估方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于風(fēng)力機出力評估領(lǐng)域，尤其涉及一種考慮湍流強度的風(fēng)力發(fā)電機出力 評估方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著全球工業(yè)水平的飛速發(fā)展，石油等非可再生能源的儲量已急劇減少，而人類 社會對能源的需求卻與日倶增。當(dāng)人類嘗試尋找風(fēng)能等新能源代替?zhèn)鹘y(tǒng)能源時，日益突出 的環(huán)境問題再一次加速了能源結(jié)構(gòu)變革的速度。風(fēng)能等新型能源共同為解決能源危機和環(huán) 境問題提供了新的思路。風(fēng)電的主要優(yōu)勢在于建設(shè)風(fēng)電場的周期比較短，風(fēng)電機組占地面 積比較小，基本不影響風(fēng)場及周邊生態(tài)環(huán)境，因此風(fēng)能的開發(fā)和利用在70年代以后便有了 長足的進(jìn)步。對于風(fēng)能的利用，如在進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電場的年發(fā)電量計算等場景中，都涉及到了 風(fēng)力發(fā)電出力的計算。
[0003] 根據(jù)研究，風(fēng)力發(fā)電機的出力不但與輪轂處的平均風(fēng)速有關(guān)，還與湍流強度密不 可分。目前傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電機的出力評估方法，一般只在某一固定湍流強度下根據(jù)風(fēng)功率 曲線進(jìn)行風(fēng)機出力的計算。由于這種方法只考慮平均風(fēng)速而沒有考慮湍流強度的變化，所 以對風(fēng)機出力的計算帶來一定的誤差。而風(fēng)機出力的計算方法已廣泛應(yīng)用于風(fēng)功率預(yù)測、 風(fēng)電場的年發(fā)電量預(yù)測等場景，較準(zhǔn)確的風(fēng)電場功率計算已成為風(fēng)力發(fā)電穩(wěn)定運行以及包 含風(fēng)力發(fā)電的電網(wǎng)安全調(diào)度的前提。
[0004] 基于上述情況，目前迫切需要一種新的風(fēng)力發(fā)電機功率計算方法，同時考慮湍流 強度與平均風(fēng)速對風(fēng)機出力的影響。但是現(xiàn)有技術(shù)中尚無相關(guān)描述。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種考慮湍流強度的風(fēng)力發(fā)電機出力評估方法。
[0006] 實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種考慮湍流強度的風(fēng)力發(fā)電機出力評估方 法，包括以下步驟：
[0007] 步驟1、獲取所要評估的風(fēng)力發(fā)電機的機型參數(shù)和氣動參數(shù)，包括：額定轉(zhuǎn)速、額 定轉(zhuǎn)矩、風(fēng)輪半徑風(fēng)機輪轂高度、塔高、機艙質(zhì)量、輪轂質(zhì)量、切入風(fēng)速、空氣密度、空氣運動 粘滯系數(shù)；
[0008] 步驟2、根據(jù)步驟1的風(fēng)力發(fā)電機機型參數(shù)和氣動參數(shù)確定該風(fēng)機關(guān)于輪轂處平 均風(fēng)速V和湍流參考值Iraf變化的風(fēng)功率曲面；包括以下步驟：
[0009] 步驟2-1、設(shè)定湍流參考值變化范圍和步長；湍流參考值變化范圍為0. 05到0. 19， 步長為0.01。
[0010] 步驟2-2、在每一個湍流參考值的條件下繪制一條評估風(fēng)機關(guān)于輪轂處平均風(fēng)速 V變化的風(fēng)功率曲線，得到風(fēng)功率曲線簇；
[0011] 步驟2-3、將風(fēng)功率曲線簇繪制成評估風(fēng)機關(guān)于輪轂處平均風(fēng)速V和湍流參考值 Iraf變化的風(fēng)功率曲面。
[0012] 步驟3、將欲進(jìn)行風(fēng)機出力評估的風(fēng)速序列按照分段周期T進(jìn)行分段，確定每段風(fēng) 速序列的湍流參考值Iraf和輪轂處平均風(fēng)速V;具體為：
[0013] 步驟3-1、將欲進(jìn)行風(fēng)機出力評估的風(fēng)速序列，按照分段周期T進(jìn)行分段，分成每 周期T為一段的風(fēng)速序列；
[0014] 步驟3-2、對于每個T時間的風(fēng)速序列，確定該序列的輪轂處平均風(fēng)速；所用公式 為：
[0015]
[0016]式中，V為該段風(fēng)速序列輪轂處平均風(fēng)速，N為該段風(fēng)速序列中風(fēng)速數(shù)據(jù)的個數(shù)，V, 為該段風(fēng)速序列中輪轂處第j個的風(fēng)速；
[0017] 步驟3-3、確定每個T時間風(fēng)速序列的湍流強度IT，根據(jù)湍流強度IT求出序列的湍 流參考值Iraf，所用公式為
[0018] 式中，I"f為該段風(fēng)速序列當(dāng)風(fēng)速為15m/s時的湍流強度的預(yù)期值，即本文中的湍 流參考值，b= 5. 6m/s，IT為該段風(fēng)速序列的湍流強度，其計算公式為；^p，〇為該段風(fēng) 速序列的風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)差，其計算公式為
所述時間T為10分鐘。
[0019] 步驟4、根據(jù)步驟3確定的每段風(fēng)速序列的湍流參考值I"f和輪轂處平均風(fēng)速V， 通過風(fēng)功率曲面確定該風(fēng)機每個分段周期T的出力Pi，最后合計全部時間段的風(fēng)機出力得 出風(fēng)機總出力P。合計全部時間段的風(fēng)機出力得出風(fēng)機總出力所用公式為：
[0020]
[0021] 式中，Pi為第i個風(fēng)速序列的指定風(fēng)機的出力，Ns為風(fēng)速序列個數(shù)，P為全部時間 段內(nèi)指定風(fēng)機的全部出力。
[0022] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點為：本發(fā)明提出一種考慮湍流強度的風(fēng)力發(fā) 電機出力評估方法，通過生成多條不同湍流參考值的風(fēng)功率曲線形成三維的風(fēng)功率曲面， 考慮湍流強度與輪轂處平均風(fēng)速的共同影響進(jìn)行風(fēng)機出力評估。本發(fā)明能有效提高計算風(fēng) 力機輸出功率的精確度，從而保證風(fēng)電場功率輸出模型的準(zhǔn)確性，為風(fēng)電場的規(guī)劃、調(diào)度提 供相關(guān)可靠依據(jù)。
【附圖說明】
[0023] 圖1為本發(fā)明的風(fēng)機出力評估方法流程圖。
[0024] 圖2為本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電機功率曲線族。
[0025] 圖3為本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電機功率曲面。
【具體實施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0027] -種考慮湍流強度的風(fēng)力發(fā)電機功率曲面計算方法，如圖1所示，包括以下步驟：
[0028] 步驟1、首先獲取所要評估的風(fēng)力發(fā)電機的機型參數(shù)和氣動參數(shù)，包括：額定轉(zhuǎn) 速、額定轉(zhuǎn)矩、風(fēng)輪半徑風(fēng)機輪轂高度、塔高、機艙質(zhì)量、輪轂質(zhì)量、切入風(fēng)速、空氣密度、空 氣運動粘滯系數(shù)。如表1所示，為1. 5WM級風(fēng)力發(fā)電機的機型參數(shù)和氣動參數(shù)。
[0029] 表1 1.5MW的風(fēng)力發(fā)電機機型參數(shù)和氣動參數(shù)
[0030]
[0031] 步驟2、針對指定型號的風(fēng)力機，利用風(fēng)電場的實時統(tǒng)計數(shù)據(jù)，或者專業(yè)的風(fēng)力機 仿真軟件（如Bladed、FAST等）參照IEC64100-12-1標(biāo)準(zhǔn)中風(fēng)功率曲線的繪制方法，繪制 指定風(fēng)機在某一湍流參考值Iraf下，隨輪轂處平均風(fēng)速V變化的風(fēng)功率曲線。
[0032] 湍流參考值由0. 05遍歷到0. 19,步長為0. 01，繪制出每個湍流參考值條件下指定 風(fēng)機關(guān)于風(fēng)速變化的風(fēng)功率曲線族，如圖2所示。最終將這簇風(fēng)功率曲線繪制成指定風(fēng)機 關(guān)于輪轂處平均風(fēng)速V和湍流參考值I"f變化的三維風(fēng)功率曲面。
[0033] 步驟3、將欲進(jìn)行風(fēng)機出力計算的風(fēng)速序列，分成每10分鐘一段的風(fēng)速序列。
[0034] 步驟4、對每個10分鐘序列，計算每個10分鐘序列的輪轂處平均風(fēng)速V。
[0035]