大型風電場中因為尾流效應導致的風電場發(fā)電量損失通常占年度發(fā)電量的10%至20%,準確模擬風電場內(nèi)機組尾流分布是評估風電場發(fā)電量及經(jīng)濟性的基礎。風電項目建設前期微觀選址時應合理布置場內(nèi)機組位置,盡量降低風電場的尾流損失,提高風電場的綜合經(jīng)濟效益。對于已投產(chǎn)的風電場,可以通過一個綜合控制策略調(diào)整上游機組的運行狀態(tài)從而抑制其尾流對下游機組所造成的影響,實現(xiàn)整場發(fā)電量最大化。在風電場微觀選址優(yōu)化和風電場優(yōu)化運行控制的研究工作中需要對風電場內(nèi)的機組尾流場在短時間內(nèi)進行高達上萬次的模擬,所使用的尾流模擬方法不僅要能保證一定的計算精度,運算效率也必須滿足工程要求。圍繞高精度的尾流快速模擬方法及其在風電場微觀選址和優(yōu)化控制中的應用開展研究,主要完成了以下研究工作:（1）探索了改進的Jensen尾流模型與Frandsen尾流模型分別高估和低估尾流區(qū)速度損失的原因,為模型改進提供了理論依據(jù)。分析兩個模型中控制體內(nèi)外的質(zhì)量與動量交換,發(fā)現(xiàn)改進的Jensen尾流模型高估尾流區(qū)內(nèi)速度損失是由于沒有考慮控制體內(nèi)外交換的質(zhì)量;Frandsen尾流模型低估尾流區(qū)內(nèi)速度損失則是因為大氣輸入控制體內(nèi)的實際動量低于理論動量... 

【文章來源】：華北電力大學(北京)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

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【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖I-12007年至2018年風電裝機容量統(tǒng)計U.z1Fig.l-1

１．２．１風電機組尾流概述??來流風經(jīng)過風電機組時的流動一般可分為四個區(qū)域，分別為誘導區(qū)、近尾流??區(qū)、過渡區(qū)和遠尾流區(qū)［１Ｇ］，如圖１－４所示。誘導區(qū)是從風輪前到風輪附近的部分，??區(qū)域內(nèi)來流風速逐漸下降，壓力逐漸升高。當來流經(jīng)過風輪時風輪吸收來流風中??的動能，這導致了機組下游尾流區(qū)中風速的下降，同時來流在風輪處會出現(xiàn)一個??快速的壓力降，導致流體壓力低于大氣壓水平。??Ｍｅａｎ?ｓｈｅａｒｅｄ?ｉｎｆｌｏｗ?爲?▲??Ａ?Ｉ?＾????１￣Ｗ＾ｅＳｏｗＪ??丄——ｉ?１??１?１?Ｋ???ＩＤ?２Ｄ?３Ｄ?４Ｄ?５Ｄ??圖１－４風電機組尾流的流動發(fā)展［１０】??Ｆｉｇ．?１－４?Ｆｌｏｗ?ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ?ｏｆ?ｗｉｎｄ?ｔｕｒｂｉｎｅ?ｗａｋｅ??來流通過風輪后流體壓力開始逐漸恢復，速度進一步降低，區(qū)域內(nèi)的低速流??體與外部高速自由流之間的風速梯度形成了剪切層。當機組風輪旋轉時，從葉片??后緣脫落的尾渦會形成一個由螺旋渦面構成的復雜渦系，渦系由葉根中心渦、葉??

每個網(wǎng)格中心點是可能布機的位置，如果布置機組則該網(wǎng)格點用“１”表??示，反之則用“０”表示。每一種機組排布方式都可以表示為一組由〇和１組成??的字符串并作為啟發(fā)式算法中的一個個體。如圖１－５所示，矩形風電場離散為??ｌ〇ｘｌ〇共１〇〇個網(wǎng)格，左圖中的機組排布方式被表示成右圖中的二進制字符串。??優(yōu)化時隨機產(chǎn)生多個初始個體，即多個機組排布方案，分別計算在這些布機方案??下風電場的發(fā)電量，通過不斷優(yōu)化迭代最終得到目標函數(shù)最小的最優(yōu)布機方案。??人人人人人人人人人人?１１１１１１１１１１??ＡＡＡＪＬ＿１＿？ｌＪＬＡＡ＿２＿??Ａ?Ａ?ＡＡＡＡＡ?ＡＪＬ＿￡．????＿２＿＿Ｌ?????人人人又又又人人人人ｔｉｉｉｉｉｉｉｉｉ????＾?ＪＬ?ＡＡ?ＡＡＡ????????人人人人人人人人人人?ｉｉｉｉ?ｉｉｉｉ．??圖１．５風電場布機方案的編碼方式??Ｆｉｇ．?１－５?Ｃｏｄｉｎｇ?ｍｅｔｈｏｄ?ｏｆ?ｗｉｎｄ?ｆａｒｍ?ｌａｙｏｕｔ??Ｇｒａｄｙ［１Ｑ８］和Ｍｉｔｔａｌ［１（）９］采用了同樣的計算模型和優(yōu)化策略復盤并校核了??Ｍｏｓｅｔｔｉ的工作，經(jīng)計算發(fā)現(xiàn)由于Ｍｏｓｅｔｔｉ選取的迭代步數(shù)不夠而導致結果未收斂??到最優(yōu)解。盡管如此，Ｍｏｓｅｔｔｉ的研宄所使用的研究方法和思路以及建立的數(shù)學??模型被后來的學者廣泛沿用。簡單來講，該研究方法是將風電場的布機方案作為??一個個體，計算該布機方案下的風電場發(fā)電量，設定合理的目標函數(shù)，對多個個

【參考文獻】：
期刊論文
[1]熱穩(wěn)定性對近海風電場影響研究[J]. 彭秀芳,王磊,項雯,薛飛飛,許昌.  太陽能學報. 2019(01)
[2]基于修正湍流模型的致動盤方法研究[J]. 任會來,張曉東,康順.  動力工程學報. 2019(01)
[3]考慮尾流效應的風電場優(yōu)化控制技術研究[J]. 顧波,胡昊,劉永前,張洋,康順.  太陽能學報. 2018(02)
[4]基于Park-Gauss模型的風場尾流數(shù)值模擬[J]. 楊祥生,趙寧,田琳琳,朱君.  太陽能學報. 2016(09)
[5]基于風輪平均風速的風電場致動盤模型[J]. 韓星星,許昌,劉德有,Wenzhong Shen,鄭源,張明明.  工程熱物理學報. 2016(03)
[6]基于CFD和NCPSO的復雜地形風電場微觀選址優(yōu)化[J]. 許昌,楊建川,韓星星,Wenzhong Shen,劉德有,鄭源.  太陽能學報. 2015(12)
[7]基于改進致動盤和拓展k-ε湍流模型的風力機尾流數(shù)值研究[J]. 許昌,韓星星,王欣,劉德有,鄭源,SHEN Wenzhong,張明明.  中國電機工程學報. 2015(08)
[8]半經(jīng)驗風力機尾流模型的研究[J]. 張曉東,張鎮(zhèn).  太陽能學報. 2014(01)
[9]串列風力機尾流干擾的研究[J]. 朱翀,王同光,鐘偉.  力學與實踐. 2013(05)
[10]復雜地形風電場的機組布局優(yōu)化[J]. 田琳琳,趙寧,武從海,沈志偉.  南京航空航天大學學報. 2013(04)

博士論文
[1]風電場尾流場與功率多精度模擬方法研究[D]. 王一妹.華北電力大學(北京) 2018
[2]考慮尾流和電氣損耗的風電場有功功率提升控制策略研究[D]. 李麗霞.沈陽工業(yè)大學 2017
[3]風電場尾流快速計算及場內(nèi)優(yōu)化調(diào)度研究[D]. 顧波.華北電力大學(北京) 2016
[4]風力機尾流數(shù)值模擬及風電場機組布局優(yōu)化研究[D]. 田琳琳.南京航空航天大學 2014
[5]風電場內(nèi)機組優(yōu)化調(diào)度研究[D]. 張晉華.華北電力大學 2014
[6]風力機葉片非定常氣動特性的研究[D]. 劉磊.中國科學院研究生院（工程熱物理研究所） 2012

碩士論文
[1]風電機組半經(jīng)驗尾流模型改進方法研究[D]. 崔巖松.華北電力大學(北京) 2017
[2]考慮空氣動力學影響的風電場最大出力控制技術研究[D]. 葉飛.東南大學 2016



本文編號：3228109