本發(fā)明屬于風(fēng)能發(fā)電，具體涉及一種風(fēng)力機(jī)偏航控制方法。

背景技術(shù)：

1、隨著可再生能源行業(yè)的不斷發(fā)展，風(fēng)能利用的重要性愈發(fā)凸顯，作為可再生能源中重要的一部分，許多風(fēng)電場相繼建立，裝機(jī)容量大于100mw的風(fēng)電場被稱為大型風(fēng)電場，與小型風(fēng)電場相比，大型風(fēng)電場的風(fēng)能捕獲量更大，輸出功率更高，但隨之而來的風(fēng)力機(jī)尾流效應(yīng)導(dǎo)致的輸出功率衰減問題也愈發(fā)嚴(yán)重。

2、以兩臺(tái)串列布置風(fēng)力機(jī)為例，入流風(fēng)向與風(fēng)力機(jī)排列方向吻合時(shí)，上游風(fēng)力機(jī)做功后會(huì)在風(fēng)力機(jī)后產(chǎn)生一片尾流區(qū)域，上游風(fēng)力機(jī)工作后產(chǎn)生的尾流會(huì)影響下游風(fēng)力機(jī)的來流風(fēng)速，并增大下游風(fēng)力機(jī)受到的湍流強(qiáng)度，進(jìn)而使得大型風(fēng)電場的經(jīng)濟(jì)性和安全性降低。而且隨著風(fēng)力機(jī)間距的接近，尾流效應(yīng)的影響會(huì)愈發(fā)增大。

3、對(duì)于大型風(fēng)電場來說，尾流效應(yīng)影響風(fēng)力機(jī)幾乎是必然的，為降低尾流效應(yīng)對(duì)風(fēng)電場經(jīng)濟(jì)性和安全性的影響，風(fēng)力機(jī)偏航是一種快捷便利的減少甚至消除尾流效應(yīng)的方法，對(duì)風(fēng)電場中的風(fēng)力機(jī)進(jìn)行偏航控制可以削減尾流對(duì)下游風(fēng)力機(jī)的影響，并可提升風(fēng)力機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性的和提高風(fēng)電場的輸出功率。

4、中國發(fā)明專利公開號(hào)cn117287346a公開了一種風(fēng)電場偏航優(yōu)化控制方法及系統(tǒng)，該方法通過將風(fēng)電場中的風(fēng)力機(jī)進(jìn)行模塊化分解，對(duì)每個(gè)模塊的風(fēng)力機(jī)群組進(jìn)行尾流仿真分析，對(duì)其具有尾流影響的部分進(jìn)行計(jì)算偏航優(yōu)化。運(yùn)用該方法可以得出風(fēng)電場的偏航優(yōu)化策略，但所得策略為風(fēng)力機(jī)群組偏航方法，相比單臺(tái)風(fēng)力機(jī)偏航方法的精準(zhǔn)度較低，整體計(jì)算速度較慢。

5、中國發(fā)明專利公開號(hào)cn117034618a公開了考慮偏航風(fēng)力機(jī)載荷的風(fēng)電場輸出功率聯(lián)合優(yōu)化方法，該方法通過設(shè)計(jì)n臺(tái)風(fēng)力機(jī)的4n個(gè)變量，利用floris軟件計(jì)算風(fēng)電場中風(fēng)力機(jī)的等效風(fēng)速，對(duì)目標(biāo)風(fēng)電場輸出功率、載荷、偏航角進(jìn)行優(yōu)化。運(yùn)用該方法可以得出特定風(fēng)速下風(fēng)電場中風(fēng)力機(jī)的載荷、輸出功率和偏航角等數(shù)據(jù)的優(yōu)化方案，但對(duì)于實(shí)際風(fēng)電場中風(fēng)場的復(fù)雜多變的風(fēng)速風(fēng)向適應(yīng)性較小。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提出一種基于floris的大型風(fēng)電場偏航控制方法及系統(tǒng)，其目的是解決風(fēng)電場偏航優(yōu)化方案精準(zhǔn)度較低問題、風(fēng)電場相關(guān)數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)量大、時(shí)間長問題、以及多風(fēng)向、多風(fēng)速偏航方案適應(yīng)問題。

2、本發(fā)明提出的一種基于floris的大型風(fēng)電場偏航控制方法包括：

3、s1：采集風(fēng)電場實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和風(fēng)力機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；

4、s2：對(duì)尾流虧損模型、尾流偏轉(zhuǎn)模型、尾流湍流模型和尾流組合模型進(jìn)行改進(jìn)，獲得改進(jìn)的尾流虧損模型、改進(jìn)的尾流偏轉(zhuǎn)模型、改進(jìn)的尾流湍流模型和改進(jìn)的尾流組合模型；計(jì)算風(fēng)電場流場、受尾流影響的輸出功率衰減，篩選出受尾流影響的風(fēng)力機(jī)，作為目標(biāo)風(fēng)力機(jī)；

5、s3：根據(jù)目標(biāo)風(fēng)力機(jī)的流場參數(shù)，確定主要上游風(fēng)力機(jī)；

6、s4：以主要上游風(fēng)力機(jī)為原點(diǎn)，目標(biāo)風(fēng)力機(jī)方向?yàn)閤軸正方向，建立直角坐標(biāo)系；

7、s5：將其余對(duì)目標(biāo)風(fēng)力機(jī)有影響的相關(guān)風(fēng)力機(jī)進(jìn)行編組，并置于所述直角坐標(biāo)系中，調(diào)整各風(fēng)力機(jī)的偏航角度，當(dāng)編組的相關(guān)風(fēng)力機(jī)的總輸出功率提升量達(dá)到最大時(shí)，對(duì)應(yīng)的偏航角為目標(biāo)風(fēng)力機(jī)的最佳偏航角，根據(jù)所述最佳偏航角對(duì)目標(biāo)風(fēng)力機(jī)進(jìn)行控制，完成所述方法。

8、更進(jìn)一步地，提供優(yōu)選方案：所述風(fēng)電場實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)包括：風(fēng)電場位置數(shù)據(jù)、大氣條件數(shù)據(jù)、風(fēng)資源數(shù)據(jù)、歷史風(fēng)速風(fēng)向數(shù)據(jù)；所述風(fēng)力機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)包括：風(fēng)力機(jī)編號(hào)數(shù)據(jù)、風(fēng)力機(jī)參數(shù)數(shù)據(jù)。

9、更進(jìn)一步地，提供優(yōu)選方案：所述改進(jìn)的尾流虧損模型為：

10、

11、其中，δu為速度的變化量；u∞為風(fēng)場入流速度；r為尾流半徑，y和z分別代表縱向坐標(biāo)與垂直坐標(biāo)，y＝0在風(fēng)力機(jī)輪轂處；z＝0在水平地面處；h為風(fēng)力機(jī)輪轂高度；x表示風(fēng)力機(jī)下游距離，c(x)為速度虧損分布振幅；σ為速度虧損的標(biāo)準(zhǔn)偏差。

12、更進(jìn)一步地，提供優(yōu)選方案：所述改進(jìn)的尾流偏轉(zhuǎn)模型為：

13、

14、其中，c為尾流中心的速度差，δ為尾流偏轉(zhuǎn)量，σy,σz分別為y,z方向的尾流寬度。

15、更進(jìn)一步地，提供優(yōu)選方案：所述改進(jìn)的尾流湍流模型為：

16、

17、其中，i為尾流湍流強(qiáng)度，a為推力系數(shù)感應(yīng)因子；cc為調(diào)節(jié)對(duì)尺度、ca為軸向感應(yīng)因子，ci為環(huán)境湍流強(qiáng)度；cd為對(duì)下游距離的依賴性；x/d為尾流區(qū)的判別式；ct為風(fēng)力機(jī)的推力系數(shù)；d為風(fēng)力機(jī)輪轂直徑。

18、更進(jìn)一步地，提供優(yōu)選方案：所述改進(jìn)的尾流組合模型為：

19、

20、其中，i為每個(gè)風(fēng)力機(jī)尾流，計(jì)算直至n的風(fēng)力機(jī)總數(shù)；ui(x)指局部平均速度；為局部流入速度；為速度虧損。

21、更進(jìn)一步地，提供優(yōu)選方案：所述s3具體為：

22、選擇影響所述目標(biāo)風(fēng)力機(jī)直線距離最小或影響程度最大的上游風(fēng)力機(jī)作為主要上游風(fēng)力機(jī)。

23、本發(fā)明還提出一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，所述計(jì)算機(jī)設(shè)備包括存儲(chǔ)器和處理器，所述存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，當(dāng)所述處理器運(yùn)行所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的計(jì)算機(jī)程序時(shí)，所述處理器執(zhí)行根據(jù)上述任一項(xiàng)方案組合所述的一種基于floris的大型風(fēng)電場偏航控制方法。

24、本發(fā)明還提出一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)用于儲(chǔ)存計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序執(zhí)行上述任意一項(xiàng)方案組合所述的一種基于floris的大型風(fēng)電場偏航控制方法。

25、本發(fā)明還提出一種基于floris的大型風(fēng)電場偏航控制系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

26、采集模塊：用于采集風(fēng)電場實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和風(fēng)力機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；

27、改進(jìn)模塊：用于對(duì)尾流虧損模型、尾流偏轉(zhuǎn)模型、尾流湍流模型和尾流組合模型進(jìn)行改進(jìn)，獲得改進(jìn)的尾流虧損模型、改進(jìn)的尾流偏轉(zhuǎn)模型、改進(jìn)的尾流湍流模型和改進(jìn)的尾流組合模型；計(jì)算風(fēng)電場流場、受尾流影響的輸出功率衰減，篩選出受尾流影響的風(fēng)力機(jī)，作為目標(biāo)風(fēng)力機(jī)；

28、確定模塊：用于根據(jù)目標(biāo)風(fēng)力機(jī)的流場參數(shù)，確定主要上游風(fēng)力機(jī)；

29、建立坐標(biāo)模塊：用于以主要上游風(fēng)力機(jī)為原點(diǎn)，目標(biāo)風(fēng)力機(jī)方向?yàn)閤軸正方向，建立直角坐標(biāo)系；

30、控制模塊：用于將其余對(duì)目標(biāo)風(fēng)力機(jī)有影響的相關(guān)風(fēng)力機(jī)進(jìn)行編組，并置于所述直角坐標(biāo)系中，調(diào)整各風(fēng)力機(jī)的偏航角度，當(dāng)編組的相關(guān)風(fēng)力機(jī)的總輸出功率提升量達(dá)到最大時(shí)，對(duì)應(yīng)的偏航角為目標(biāo)風(fēng)力機(jī)的最佳偏航角，根據(jù)所述最佳偏航角對(duì)目標(biāo)風(fēng)力機(jī)進(jìn)行控制。

31、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)勢在于：

32、1、快速的風(fēng)力機(jī)數(shù)據(jù)分析方法：

33、傳統(tǒng)風(fēng)電場偏航優(yōu)化需要大量風(fēng)力機(jī)數(shù)據(jù)作為偏航優(yōu)化的基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)分析量大，分析時(shí)間長，本發(fā)明所述的方法利用floris僅需采集風(fēng)電場位置數(shù)據(jù)、風(fēng)資源數(shù)據(jù)、大氣條件數(shù)據(jù)、歷史風(fēng)速風(fēng)向數(shù)據(jù)、風(fēng)力機(jī)參數(shù)數(shù)據(jù)，縮減了數(shù)據(jù)采集時(shí)間。

34、2、精準(zhǔn)高速的風(fēng)力機(jī)偏航方案：

35、與其他模塊化偏航優(yōu)化方案相比，本發(fā)明所述的方法結(jié)合了歷史實(shí)際風(fēng)數(shù)據(jù)，利用floris對(duì)風(fēng)電場中受尾流影響的風(fēng)力機(jī)進(jìn)行篩選，對(duì)篩選后的風(fēng)力機(jī)進(jìn)行偏航優(yōu)化，所得單臺(tái)風(fēng)力機(jī)設(shè)計(jì)偏航方案的精準(zhǔn)度更高，偏航方案的設(shè)計(jì)時(shí)間較少。

36、3、高適應(yīng)性的偏航方案：

37、本發(fā)明所述的方法所設(shè)計(jì)的偏航優(yōu)化方法，基于風(fēng)電場中風(fēng)力機(jī)位置不變的條件下，對(duì)風(fēng)力機(jī)可能所受的多風(fēng)向、多風(fēng)速條件進(jìn)行歸納總結(jié)，所得偏航方法可以適應(yīng)多種復(fù)雜風(fēng)場，貼合實(shí)際風(fēng)電場運(yùn)行情況。