風電場風機尾流及其迭加模型的研究（1）

ABSTRACT：The optimallayouts of wind turbine唱enerator(WTG)in wind fhm are innuenced by WTG wake when mesite of wind f．aml is selected．At presem，the searchachievements in China and abroad on WTG wake and overlavmodel in actLlal wind f細mainlv f．ocus on one．dimensionclinear model．Aiming to impmve the situation，more completereasonable WTG wake model was constmcted aIld its boulldaryin wake was nonlinear wim the distaIlce．In addition，accordingto actual circumst鋤ce in WTG wake．diffbrent fhller WTGoverlay models were buih to ad印t to me sitllation of existingwind fam．The comparison resuhs of engineering exampleswith 3．dimension num舐cal simulation show tllat the wake andoveday model in WTG proposed in tllis p叩er are morereasonable a11d it call e臟ctively improve the generation benefit
ofwind fhm．
KEY WoRDS：wind f-am；optimallayout of wind turbine；wake model；overlay model
摘要：在風電場場址選定的情況下，風電機組之間的尾流影響風電場風機的優化布置。目前，國內外關于符合風電場風機實際尾流以及迭加模型的研究主要側重于一維線性模型及其迭加模型的實際應用。為此，推導建立了更加完整合理的一維非線性擴張尾流模型，即尾流影響邊界隨距離非線性增大；此外，根據風機尾流迭加的實際情況，分別推導建立了完整的風機尾流迭加計算模型來適應現有風電場的不同情形。通過相關工程算例結果與三維數值模擬計算結果的對比分析表明，所建立的風機尾流模型和尾流迭加模型更加合理，可有效提高風電場的發電效益。
關鍵詞：風電場；風機優化布置；尾流模型；尾流迭加模型

風電場風機優化布置是風電場規劃中的關鍵環節，其中確定各風機在風電場中相對布置位置的主要因素之一是風機間的尾流效應，而且多臺風機間的尾流迭加又會影響其他受影響風機的工作風cc速，因此，風機尾流模型及其對應的迭加模型是整c個風電場發電量預測的基礎【l。3J。這些模型的合理性以及受其他風機尾流影響的風機工作風速的合理確定，將直接影響風電場的風機布置和發電效益。
最初，針對尾流情況[4。5】，多數學者都是根據經給出一些粗略的指標予以指導風電場風機的發電量判斷以及風優化布置等工作。Lissaman在瑞典Khlkugen實測數據的基礎上，基于湍流噴射的相似理論，提出了單臺風機尾流的計算模型【6。J。FaXen和Milbormw針對更大尺寸的風機葉輪進行了實驗研究【8。9]，根據實驗數據分析，風速線性變化的規律性得到了再次驗證，但風速的衰減速度卻有所不同。1980年，Vernleulen在對實驗數據分析的基礎上，對Lissaman數學模型提出了改進，形成了MILLY模型【10J。繼Lissaman模型和MILLY模型之后，1986年，丹麥Riso國家實驗室提出了Park模型【l¨，并將其應用到風能資源評估軟件WasP、windfa眥以及windpro等中，其尾流影響邊界隨距離線性增大，即在進行風電場風機優化布置的模擬計算時，均忽略了風輪的湍流影響，而采用簡化風機尾流線性擴張模型，這與實際情況有較大的差異，并導致風機的迭加模型受到影響，從而使風電場風機排布不能達到最優狀態。此外，一維非線性尾流模型實際上是三維尾流模型的一種簡化計算模型，從模擬精度上來看，其所能達到的模擬精度較三維模型略低，但一維非線性尾流模型與三維尾流模型的應用場合及其預期目的有所不同。石家莊風機廠