一種復雜地形風電場地形改造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)屬于風電場改造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種復雜地形風電場地形改造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 風電是一種可再生的清潔能源，可以在一定程度上緩解能源危機、改善環(huán)境狀況。 近年來我國風電發(fā)展迅速，據(jù)中國可再生能源學會風能專業(yè)委員會的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2014年全 國新增安裝風電機組13121臺，新增裝機容量23196MW，全國累計風電裝機容量114609MW， 同比增長25. 4%，風力發(fā)電技術(shù)已經(jīng)是相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點。隨著風資源的不斷開發(fā)，在風 電場微觀選址中，風資源的預測已經(jīng)不局限于平坦地形，海上風電場、內(nèi)陸的復雜地形以及 低風速風場都是今后發(fā)展的主要方向。
[0003] 在復雜地形中，受到山峰或者山谷的影響，風資源估算經(jīng)常出現(xiàn)較大偏差，這些機 位在風場建成后，還會受到風場內(nèi)相鄰風機尾流的影響，它們的發(fā)電量一般都會低于設(shè)計 估算值，更為嚴重的是這些機位處的湍流度可能過大，風機難以承受，會導致風機機械磨損 嚴重，齒輪箱故障率高，降低風力機的使用壽命。目前復雜地形當中的湍流問題任然沒有好 的解決方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種復雜地形風電場地形改造方法，能夠確定 合適地形改造方案，使得機位處湍流強度滿足風機使用要求，并保證工程造價最低。
[0005] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0006] -種復雜地形風電場地形改造方法，包括如下步驟：
[0007] 步驟1、地形建模，選取計算區(qū)域，在CAD中通過刪減等高線來改變山頂高度，再通 過Matlab將地形三維坐標散點插值擬合成三維地形曲面，再建立計算流域模型；
[0008] 步驟2、對計算流域模型進行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格在水平方向上的步長為固定步長，網(wǎng) 格在垂直方向上的步長按照一個固定的比率遞增；
[0009] 步驟3、對計算流域的邊界條件進行設(shè)置，在求解器中將入口設(shè)為速度入口選項， 出口設(shè)置為自由流出口選項，左右兩面以及頂面設(shè)置為對稱面選項，底面采用標準壁面函 數(shù)模擬；
[0010] 步驟4、根據(jù)求解器中所設(shè)置的邊界條件在求解器中對計算流域模型求解。
[0011] 進一步的，步驟3中的速度入口選項的風廓模型為：
[0015] 其中，u(z)是z高度處的風速，W為地表面摩擦速度，1是馮卡門常數(shù)，Z。是地表 面粗糙度長度，z為距地面的垂直坐標高度，(^為常數(shù)，k為湍流脈動動能。
[0016] 進一步的，步驟3中的自由流出口選項的模型為：
[0018] 其中，ux表示X軸方向速度；uy表示y軸方向速度；uz表示z軸方向速度，ε為紊 流脈動動能的耗散率。
[0019] 更進一步的，步驟3中的對稱面選項的模型為：
[0021] 其中，i=X，y，ζ。
[0022] 本發(fā)明的有益效果是：可以確定合理的地形改造高度，使得預選機位處湍流度降 低到風機使用要求之內(nèi)，同時節(jié)省大量土石方開挖成本，從而保證工程造價最低；對復雜地 形風電場局部地形微觀選址有一定指導意義，適于風電場微觀選址中的流場分析與方案經(jīng) 濟分析，在工程中有很好的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0023] 圖1為地形改造及建模流程圖；
[0024] 圖2a為來流風速UQ= 6m/s，來流風向deg= 0°的情況下的計算結(jié)果端流變化 曲線圖；
[0025] 圖2b為來流風速υ〇= 15m/s，來流風向deg= 0°的情況下的計算結(jié)果端流變化 曲線圖；
[0026] 圖2c為來流風速υ〇= 6m/s，來流風向deg= 22°的情況下的計算結(jié)果端流變化 曲線圖；
[0027] 圖2d為來流風速UQ= 15m/s，來流風向deg= 22°的情況下的計算結(jié)果端流變 化曲線圖；
[0028] 圖2e為來流風速UQ= 6m/s，來流風向deg= 202°的情況下的計算結(jié)果端流變 化曲線圖；
[0029] 圖2f為來流風速UQ= 15m/s，來流風向deg= 202°的情況下的計算結(jié)果端流變 化曲線圖；
[0030] 圖2g為來流風速UQ= 6m/s，來流風向deg= 225°的情況下的計算結(jié)果端流變 化曲線圖；
[0031] 圖2h為來流風速UQ= 15m/s，來流風向deg= 225°的情況下的計算結(jié)果端流變 化曲線圖；
[0032] 圖3為Askervein地形與入流方向圖；
[0033] 圖4為Askervein地形計算結(jié)果與實驗結(jié)果對比圖。
【具體實施方式】
[0034] 下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
[0035] 如圖1-圖4所示，一種復雜地形風電場地形改造方法，包括如下步驟：
[0036] 首先，進行地形建模，選取計算區(qū)域，區(qū)域范圍為490mX450m，X軸邊界長度為 490m，y軸邊界長度為450m，區(qū)域地形高度方向上最大高度差為200m;
[0037] 然后在CAD中刪除地形圖的等高線來改變山頂?shù)母叨?，再通過Matlab將地形三維 坐標散點插值擬合成三維地形曲面。再在在gambit軟件中建立計算流域的模型，區(qū)域范圍 為490mX450m，計算區(qū)域高度為800m。
[0038] 接下來，對計算流域模型進行網(wǎng)格劃分網(wǎng)格在水平方向上的步長為固定步長，網(wǎng) 格在垂直方向上的步長按照一個固定的比率遞增，其中固定步長為8m，遞增比率為1.02， 地表第一層網(wǎng)格的起始高度為lm，網(wǎng)格的總數(shù)量為40萬。
[0039] 接下來建立入口條件的風廓模型，如式（1)-式（3)所示，
[0043] 其中，u(z)是z高度處的風速，u*為地表面摩擦速度，1是馮卡門常數(shù)（取0.42)，z。是地表面粗糙度長度，z為距地面的垂直坐標高度，Cu為常數(shù)（取0. 33)，k為湍流脈動 動能。一般情況下，入口條件只提供輪轂高度Η處的風速U。?)和湍流強度1。〇1)。其它入 口參數(shù)參照下列模型：
[0046] z〇 =H/exp(kU〇 (Η) /u*) (6)