風場湍流計算方法及風電場微觀選址方法、裝置製造方法
2023-07-23 09:22:31 2
風場湍流計算方法及風電場微觀選址方法、裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種風場湍流計算方法及風電場微觀選址方法、裝置，其中，風場湍流計算方法包括：根據擬選定風場區域內的實際情況設置風場區域內地表的粗糙度和障礙物，建立風場區域內地形的三維實體模型；在所述風場區域內擬選定的風機點位設置風機實體模型，建立與風機實體模型葉片旋轉區域對應的旋流區；利用計算流體動力學軟體計算風機實體模型葉片在旋流區旋轉狀態下風場區域內各點的湍流強度。本發明可以提高湍流強度計算的準確度，便於準確進行風機在風電場中的微觀選址。
【專利說明】風場湍流計算方法及風電場微觀選址方法、裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及風力發電技術，尤其涉及一種風場湍流計算方法及風電場微觀選址方
法、裝置。
【背景技術】
[0002]風場中的湍流對風機的發電量及疲勞壽命都有重要影響，因此，在風電場的建設中，準確計算場區湍流對風機在風電場中的微觀選址具有重要意義。
[0003]現有技術中，計算場區湍流首先是計算環境湍流，然後計算各個風機尾流區內的附加湍流，最後將環境湍流與附加湍流進行疊加計算出輪轂高度處的有效湍流強度，這種湍流計算方法在計算過程中通常採用湍流強度經驗模型及經驗係數，其計算過程中，考慮的因素主要有風機間距、葉輪直徑、輪轂高度的平均風速、尾流長度等，通過將這些相關因素代入經驗模型中進行計算，獲取湍流強度，這種經驗性的湍流計算方法簡單快捷，因此目前被普遍米用。
[0004]由於風場地形的不規則性及排布疏密情況不同，根據上述經驗性的湍流計算方法計算出的風場湍流強度與實際風場湍流強度相比將會有很大差別，從而導致風機在風電場中微觀選址的不理想。
【發明內容】
[0005]本發明提供一種風場湍流計算方法及風電場微觀選址方法、裝置，用以提高湍流強度計算的準確度，便於準確進行風機在風電場中的微觀選址。
[0006]本發明的第一個方面是提供一種風場湍流計算方法，包括:
[0007]根據擬選定風場區域內的實際情況設置風場區域內地表的粗糙度和障礙物，建立風場區域內地形的三維實體模型；
[0008]在所述風場區域內擬選定的風機點位設置風機實體模型，建立與風機實體模型葉片旋轉區域對應的旋流區；
[0009]利用計算流體動力學軟體計算風機實體模型葉片在旋流區旋轉狀態下風場區域內各點的湍流強度。
[0010]本發明的第二個方面是提供一種風場湍流計算裝置，包括:
[0011]建立模塊，用於根據擬選定風場區域內的實際情況設置風場區域內地表的粗糙度和障礙物，建立風場區域內地形的三維實體模型；在所述風場區域內擬選定的風機點位設置風機實體模型，建立與風機實體模型葉片旋轉區域對應的旋流區；
[0012]計算模塊，用於利用計算流體動力學軟體計算風機實體模型葉片在旋流區旋轉狀態下風場區域內各點的湍流強度。
[0013]本發明的第三個方面是提供一種風電場微觀選址方法，包括:採用上述的風場湍流計算方法進行風場湍流計算，獲取風場區域內各點的湍流強度，根據獲取的各點的湍流強度對擬選定的風機點位進行調整。[0014]本發明通過根據擬選定風場區域內的實際情況設置風場區域內地表的粗糙度和障礙物，建立風場區域內地形的三維實體模型，並在所述風場區域內擬選定的風機點位設置風機實體模型，建立與風機實體模型葉片旋轉區域對應的旋流區，且計算的是風機實體模型葉片在旋流區旋轉狀態下風場區域內各點湍流強度，這種計算方法是對風機運行時空氣流動真實狀態的數值模擬，使得湍流的計算精度更高，尾流交叉區域的湍流疊加不是簡單的代數疊加，而是實際耦合計算，因此計算方法更加合理，計算模型更加靈活，保證模型最大限度接近實際情況，從而計算的湍流強度相比現有技術中的計算準確度更高，有利於優化風機在風電場中的微觀選址。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0016]圖1為本發明提供的風場湍流計算方法實施例的流程圖；
[0017]圖2為本發明提供的風場湍流計算裝置實施例的結構示意圖；
[0018]圖3為本發明提供的風電場微觀選址方法實施例的流程圖。
【具體實施方式】
[0019]為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
[0020]圖1為本發明提供的風場湍流計算方法實施例的流程圖，本實施例的方法包括:
[0021]步驟101、根據擬選定風場區域內的實際情況設置風場區域內地表的粗糙度和障礙物，建立風場區域內地形的三維實體模型。
[0022]步驟102、在所述風場區域內擬選定的風機點位設置風機實體模型，建立與風機實體模型葉片旋轉區域對應的旋流區。
[0023]基於風場地形的不規則性及風機排布的疏密不同，本發明採用根據擬選定風場區域的實際情況建立風場區域的三維實體模型，並在擬選定的風機點位設置風機實體模型，以使本發明計算出的湍流強度接近於實際情況，風機的附加湍流及輪轂高度處的有效湍流可直接通過數值模擬計算出來，相比現有技術中採用經驗模型及經驗係數進行計算，獲得湍流強度準確度更高，保證優化的風機布局更加合理。
[0024]步驟103、利用計算流體動力學軟體計算風機實體模型葉片在旋流區旋轉狀態下風場區域內各點的湍流強度。
[0025]在風機點位設置風機實體模型後，使風機的葉片處於旋轉狀態，利用計算流體動力學(Computational Fluid Dynamics,簡稱CFD)軟體計算風場區域內各點的瑞流強度。
[0026]在實際應用中，為提高計算的準確度，還可以根據實際情況進一步設置計算模型的邊界條件，因此，本實施例中利用計算流體動力學軟體計算風機實體模型葉片在旋流區旋轉狀態下風場區域內各點的湍流強度，具體可以包括:設置湍流強度計算模型的邊界條件，所述邊界條件包括依照實際風輪廓線對應的入口處的風速和湍流參數；根據設置的邊界條件利用計算流體動力學軟體計算風機實體模型葉片在旋流區旋轉狀態下風場區域內各點的湍流強度。現有技術中的風資源評估軟體一般僅僅提供風廓線對應的入口處的風速，而沒有入口處的湍流參數，由於湍流參數隨高度變化而不同，因此通過在邊界條件中加入設置湍流參數，如湍流強度等，使得軟體根據邊界條件計算出空間區域中各點的湍流強度更加精確。
[0027]為進一步提高計算旋流區的湍流強度的精度，利用計算流體動力學軟體計算風機實體模型葉片在旋流區旋轉狀態下風場區域內各點的湍流強度之前，還包括:對所述風場區域進行網格劃分以確定風場區域內各點的位置坐標，並將所述旋流區的網格密度加大，通過對旋流區的網格的密度加大，即提高旋流區計算網格的解析度，可有效提高旋流區的計算精度，對於風機旋流區之外一定範圍的速度梯度較大的區域也可以加密網格以提高計算精度。
[0028]在計算湍流強度時，為執行風機葉片的旋轉，可以CFD軟體提供的旋轉結構或移動網格功能執行風機實體模型葉片在旋流區的旋轉。
[0029]根據上述計算方法獲取風場區域內各點的湍流強度結果後可以進一步調整擬選定的風機點位，以獲取風機發電量和抗疲勞效果的最佳效果。
[0030]本實施例通過根據擬選定風場區域內的實際情況設置風場區域內地表的粗糙度和障礙物，建立風場區域內地形的三維實體模型，並在所述風場區域內擬選定的風機點位設置風機實體模型，建立與風機實體模型葉片旋轉區域對應的旋流區，且計算的是風機實體模型葉片在旋流區旋轉狀態下風場區域內各點湍流強度，這種計算方法是對風機運行時空氣流動真實狀態的數值模擬，使得湍流的計算精度更高，尾流交叉區域的湍流疊加不是簡單的代數疊加，而是實際耦合計算，因此計算方法更加合理，計算模型更加靈活，保證模型最大限度接近實際情況，從而計算的湍流強度相比現有技術中的計算準確度更高，有利於優化風機在風電場中的微觀選址。
[0031]本領域普通技術人員可以理解:實現上述方法實施例的全部或部分步驟可以通過程序指令相關的硬體來完成，前述的程序可以存儲於一計算機可讀取存儲介質中，該程序在執行時，執行包括上述方法實施例的步驟；而前述的存儲介質包括:R0M、RAM、磁碟或者光碟等各種可以存儲程序代碼的介質。
[0032]圖2為本發明提供的風場湍流計算裝置實施例的結構示意圖，本實施例的裝置包括:建立模塊10，用於根據擬選定風場區域內的實際情況設置風場區域內地表的粗糙度和障礙物，建立風場區域內地形的三維實體模型；在所述風場區域內擬選定的風機點位設置風機實體模型，建立與風機實體模型葉片旋轉區域對應的旋流區；計算模塊20，用於利用計算流體動力學軟體計算風機實體模型葉片在旋流區旋轉狀態下風場區域內各點的湍流強度。
[0033]其中，為使風場空間內各點的湍流強度計算的更加準確，所述計算模塊在計算湍流強度時，可以具體用於設置湍流強度計算模型的邊界條件，所述邊界條件包括依照實際風輪廓線對應的入口處的風速和湍流參數；以及根據設置的邊界條件利用計算流體動力學軟體計算風機實體模型葉片在旋流區旋轉狀態下風場區域內各點的湍流強度。[0034]為使計算精度更大，風場湍流計算裝置還可以包括:預處理模塊(未圖示)，用於對所述風場區域進行網格劃分以確定風場區域內各點的位置坐標，並將所述旋流區的網格密度加大。
[0035]在具體實施中，所述計算模塊可以利用計算流體動力學軟體所提供的旋轉結構或移動網格功能執行風機實體模型葉片在旋流區的旋轉；並計算風機實體模型葉片在旋轉狀態下風場區域內各點的湍流強度。
[0036]本實施例可用於執行上述方法實施例的技術方案，其技術原理及達到的技術效果類似，不再詳細贅述。
[0037]圖3為本發明提供的風電場微觀選址方法實施例的流程圖，本實施例的方法，包括:
[0038]步驟301、執行風場湍流計算，獲取風場區域內各點的湍流強度。本步驟計算湍流強度可根據上述圖1所示風場湍流計算方法實施例的方法進行，在此不再詳述。
[0039]步驟302、根據獲取的各點的湍流強度對擬選定的風機點位進行調整。根據上述方法計算獲取各點的湍流強度後，可以進一步對擬選定的風機點位進行調整，以獲取風機發電量和抗疲勞效果的最佳效果。
[0040]本實施例可用於執行上述任一實施例的技術方案，其技術原理及達到的技術效果類似，不再詳細贅述。
[0041]最後應說明的是:以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其進行限制，儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解:其依然可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而這些修改或者等同替換亦不能使修改後的技術方案脫離本發明技術方案的精神和範圍。
【權利要求】
1.一種風場湍流計算方法，其特徵在於，包括: 根據擬選定風場區域內的實際情況設置風場區域內地表的粗糙度和障礙物，建立風場區域內地形的三維實體模型； 在所述風場區域內擬選定的風機點位設置風機實體模型，建立與風機實體模型葉片旋轉區域對應的旋流區； 利用計算流體動力學軟體計算風機實體模型葉片在旋流區旋轉狀態下風場區域內各點的湍流強度。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，利用計算流體動力學軟體計算風機實體模型葉片在旋流區旋轉狀態下風場區域內各點的湍流強度，包括: 設置湍流強度計算模型的邊界條件，所述邊界條件包括依照實際風輪廓線對應的入口處的風速和湍流參數； 根據設置的邊界條件利用計算流體動力學軟體計算風機實體模型葉片在旋流區旋轉狀態下風場區域內各點的湍流強度。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，利用計算流體動力學軟體計算風機實體模型葉片在旋 流區旋轉狀態下風場區域內各點的湍流強度之前，還包括: 對所述風場區域進行網格劃分以確定風場區域內各點的位置坐標，並將所述旋流區的網格密度加大。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，利用計算流體動力學軟體計算風機實體模型葉片在旋流區旋轉狀態下風場區域內各點的湍流強度，包括: 利用計算流體動力學軟體所提供的旋轉結構或移動網格功能執行風機實體模型葉片在旋流區的旋轉； 計算風機實體模型葉片在旋轉狀態下風場區域內各點的湍流強度。
5.一種風場湍流計算裝置，其特徵在於，包括: 建立模塊，用於根據擬選定風場區域內的實際情況設置風場區域內地表的粗糙度和障礙物，建立風場區域內地形的三維實體模型；在所述風場區域內擬選定的風機點位設置風機實體模型，建立與風機實體模型葉片旋轉區域對應的旋流區； 計算模塊，用於利用計算流體動力學軟體計算風機實體模型葉片在旋流區旋轉狀態下風場區域內各點的湍流強度。
6.根據權利要求5所述的裝置，其特徵在於，所述計算模塊，具體用於設置湍流強度計算模型的邊界條件，所述邊界條件包括依照實際風輪廓線對應的入口處的風速和湍流參數；以及根據設置的邊界條件利用計算流體動力學軟體計算風機實體模型葉片在旋流區旋轉狀態下風場區域內各點的湍流強度。
7.根據權利要求5或6所述的裝置，其特徵在於，還包括:預處理模塊，用於對所述風場區域進行網格劃分以確定風場區域內各點的位置坐標，並將所述旋流區的網格密度加大。
8.根據權利要求7所述的裝置，其特徵在於，所述計算模塊，具體用於利用計算流體動力學軟體所提供的旋轉結構或移動網格功能執行風機實體模型葉片在旋流區的旋轉；計算風機實體模型葉片在旋轉狀態下風場區域內各點的湍流強度。
9.一種風電場微觀選址方法，其特徵在於，包括:採用權利要求1至4中任一項所述的方法進行風場湍流計算，獲取風場區域內各點的湍流強度，根據獲取的各點的湍流強度對擬選定的風機點位進行 調整。
【文檔編號】G06Q50/06GK103745032SQ201310698785
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月18日 優先權日:2013年12月18日
【發明者】武繼濤, 郭慧斌, 劉航 申請人:華銳風電科技(集團)股份有限公司