典型复杂地形影响下单台风力机布机方案数值计算研究

针对在典型复杂地形下选取单台风力机最佳布机点的问题,文章首先对典型复杂地形中的悬崖地形和高低山头地形分别进行无风力机工况下的数值模拟,根据得到的流场结果初步选取了不同迎风工况下的若干布机方案,最后,采用改进致动盘模型和拓展k-ε湍流模型相结合的方法,对各布机方案进行了风力机与地形耦合流场的数值计算。通过分析比较不同迎风工况和各布机方案下风轮前端1D处的轴向入流平均风速、湍流强度、垂直风速分量以及由轴向入流平均风速预测得到的发电功率,给出了合理的布机建议,为复杂地形风电场微观选址提供了理论支持。     

基于Openfoam的怀来复杂地形风电场流动特性研究

针对实际风电场复杂地形的流动特性,基于Openfoam开源软件进行二次开发。通过自主研发的网格捕捉地形工具,运用计算流体力学(CFD)模拟方法,研究了复杂地形条件下不同扇区入口方向的流动模拟。模拟结果表明:基于Openfoam的复杂地形模拟方法具有较高的模拟精度,验证了方法的可行性;以河北怀来的实际复杂地形为研究对象,通过定性和定量速度场特性分析可知,风绕过山体,受到山体漩涡流动和风机尾流损失的影响,风电场的风能品质下降;主风向下流动的自持性较高,而在其他扇区进出口的流向速度梯度不为零,存在较大的回流现象,各个机位点在轮毂高位处的观测结果与商业软件计算结果相差15%左右。文章的研究方法对于复杂地形数值模拟和风电场微观选址具有重要的参考价值。     

复杂地形风电场一体化优化设计研究

针对现阶段复杂地形风电场微观选址以及风力机布置等的密切关系,以风力机布置更加合理、上网电量更多、投资更加节省为目标,简要分析影响复杂地形风电场设计的主要因素,建立微观选址、集电线路、检修道路设计等一体化的优化问题数学模型,依托风电场区域内已有的1 a测风资料,运用遗传算法进行微观选址的优化,在风力机机位优化的基础上进一步利用单源最短路径算法、最小生成树算法等优化算法对集电线路和检修道路进行优化。实践表明,该文的研究结果可为实际的风电场建设前期工作提供重要的过程指导。     

基于CFD和NCPSO的复杂地形风电场微观选址优化

针对复杂地形条件下风电场微观选址技术难度大的问题,提出一种基于数值计算结果和高效优化方法的微观选址优化算法。将测风数据按风向等分成12个扇区,并利用平均风速和CFD对复杂地形的每个扇区进行数值模拟,得到风电场各扇区的风资源分布,提取轮毂高度处的风速和风向分布。优化中风力机的尾流影响采用Jensen尾流模型,风电场风能计算中风速按照威布尔分布处理,并考虑每个扇区风速的大小、概率密度。目标函数为整个风电场的输出功率倒数的对数,自变量为风力机在给定风电场中的位置坐标,约束条件为地形边界和风力机之间的最小距离,优化算法采用该文提出的改进小生境粒子群算法(NCPSO),优化风力机组微观选址的最优解。该文提出优化算法得到的结果与基于高度的经验布置方法(EX-TH)、基于风能密度的经验布置方法(EX-PH)以及普通粒子群算法(PSO)进行比较,证明在复杂地形条件下所提出方法的可靠性与有效性,并可应用于工程实践。     

峡谷地形条件下风电场风况数值模拟研究

针对掌握复杂地形区域内的风能分布对风电场微观选址有重要作用的问题,采用计算流体力学(CFD)技术,基于商用软件FLUENT平台,数值模拟了峡谷地形中风流流动规律,对比分析了主导风向、地形坡度及地面粗糙度三种主要影响因素变化时风场风速的分布情形,可为此类地形风电场的风机机位布置和塔架安装高度提供参考.     

运行风电场内局地湍流变化分析方法及其影响探讨

利用风电机组运行风数据结合常规测风塔和激光雷达观测风数据,对机组运行风数据进行相关性分析和检验,建立机组机舱湍流强度的计算方法和适用范围。研究表明,基于机舱风数据计算的湍流强度大小虽不能代表机组实际湍流的绝对值大小,但对于简单平坦地形,不同机组机舱湍流强度的相对变化,可作为评估风电场微观选址设计机组尾流影响程度的参考标准之一;对于复杂地形,不同机组机舱湍流强度的差异能很好表征不同地形下环境湍流的差异及对机组实际运行功率的影响。     

基于CFD的复杂地形风电机组机位微地形风资源数值模拟研究

  [目的]  在复杂地形进行风电机组建设时,机位点周围易形成高边坡地形,改变了风资源分布特征,影响机组发电量和安全性能,文章旨在研究高边坡地形的影响因素和预防其对机组的危害。  [方法]  基于STAR-CCM+软件平台对实际风电场机组高边坡地形进行了数值模拟,分析了立机位置选择、坡度、开挖深度等因素对机位处风资源参数的影响。  [结果]  结果表明:高边坡改变了原地形风的加速效应,产生大幅度的流体分离。当高边坡位于机组上风向时,机组下叶尖易产生较大的风切变,湍流强度超标,而高边坡在机组下风向时,机位处风资源参数则正常;高边坡的坡度大小对坡前立机风参数无显著影响;当下叶尖高度低于边坡高度时,机组位置下叶尖风速很小,切变值易超标。  [结论]  分析结果可为高边坡地形机组施工平台设计和塔筒高度选择提供参考。     

基于对称山丘地形与风力机耦合的流场数值模拟研究

复杂地形与风力机耦合诱导的流场较平坦地形下的风场流动特性更为复杂。基于致动盘理论和RANS方法,文章针对对称山丘地形与单台风力机间诱导流场的耦合作用,选取对称山丘地形的迎风山脚、迎风面、迎风半山坡、山顶以及背风半山坡5种布机方案进行研究。通过分析上述5种方案下所对应的风力机尾流区不同距离的轮毂高度处的径向风速与湍流强度的分布,以及山丘绕流与风力机尾流特性的相互影响,分析不同排布方案的影响,为复杂地形风电场尾流研究与风力机排布提供理论支持。     

基于数值仿真技术的风电机组测试场地标定方法研究

文章使用数值仿真软件建立复杂地形的CFD模型,通过测风塔位置处实测风速来推算风机机位处的实际风速,并与实际风电场地标定中相同时间序列的实测风机机位风速进行比对,验证了通过数值仿真计算来实现在风电机组测试场地标定的可行性。     

不同地形风电场湍流强度日变化和年变化分析

通过不同地区不同地形风电场湍流强度的日变化和年变化实际情况,总结其特点及背后的影响因素。分析结果可知,平坦地形湍流强度的日变化和年变化较明显;复杂地形的湍流强度日变化和年变化趋势与平坦地形相似,但复杂地形易出现高层湍流比低层湍流大的情况;陆地的湍流强度日变化的高峰值与日出时间有关,日出越早,越早达到高峰值;沿湖和沿海地区的湍流强度日变化和年变化不太明显,低层与高层湍流强度变化存在较大差异。这些规律主要与不同地形的粗糙度和大气边界层的演变有关。该文总结了湍流强度及变化规律,并对风力发电机组及风电场设计提出相应的应对措施。     

某风电场齿轮箱损坏及原因分析

在新建风电场时,合理的微观选址和机组选型有利于减小机组的交变载荷与疲劳损坏.风电机组工作在自然环境条件下,在不同的风电场,不同的机位,工况差别很大,风电场微观选址直接关系到部件损坏和机组寿命.机位之间风况差别很大的风电场,应根据不同机位的风况条件决定各个机位机组的叶片长度或机型.文章以某风电场为例,阐述风电场微观选址和机组选型对机组部件损坏的重大影响.     

复杂地形风电场非均匀入流条件研究

针对风电场入流条件受复杂地形影响非均匀分布的问题,提出了一种由风力机功率反推非均匀入流条件的方法。以均匀入流条件下复杂地形风场计算为基础,使用致动盘模型模拟风电场尾流效应,获得轮毂入流风速与致动盘平均风速的映射关系,再以致动盘平均风速为中间量,推导功率与轮毂入流风速的对应关系,最终反推非均匀入流条件。通过与CFD计算出的非均匀入流条件对比,误差在20%以内,验证了非均匀入流条件反推法的可行性,可为复杂地形风电场微观选址优化和功率预测提供理论依据。     

复杂地形风场CFD模拟计算域的讨论

采用CFD软件包FINE/TURBO和带有壁面函数的k-ε湍流模型进行复杂地形地貌风电场流场的数值模拟研究。首先以简化的二维山地模型,探索计算域的高度、长度对目标山地流场的影响,然后变化不同二维模型入口的水平过渡及连接位置,分析并给出地形边界处理的合理建议,最后针对排布简单的三维模型、风场实际地形进行讨论。     

海上风电场微观选址工程优化方法与软件开发

海上风电场用海面积有限,同时由于湍流强度低,尾流恢复慢,其微观选址优化排布方法是海上风电的关键技术之一.在实际工程应用中,其排布一般采用人工经验和方案比选方法,由于受主观因素影响以及比选方案数量有限,难以得到工程优质解.文中针对平行四边形网格枚举方法存在计算效率低和优化时间长的问题,提出一种海上风电场微观选址工程优化方...     

WEPAS和WAsP在复杂地形条件下的适应性

利用WEPAS和WAsP软件分别计算了南澳风电场的发电量,在充分考虑岛屿型复杂地形地貌条件下对2个软件的计算结果进行对比分析,研究表明,对于地形复杂的南澳风电场,WEPAS和WAsP软件发电量计算结果与实际发电量差值分别为-15.18%和28.02%。其中,WEPAS软件计算的风电场风速和风功率密度上下限偏差较小,结果比较平滑;WAsP软件计算结果比实际值偏高,但是单台风机平均风速和发电量计算结果与实际风况变化趋势比较一致。对上述结论的可能原因进行分析,初步显示2种软件的风场风况计算模式在复杂地形条件下存在较大的不足,风场诊断模式不能较好地模拟复杂地形条件下大气边界层风廓线的实际流动状况。因此,需要改进模式,研发出适用于大气边界层流动计算的风廓线模型、湍流模型和地表函数模型。     

风电场湍流强度对机组结构疲劳安全性的研究

为了评估风电场湍流强度对机组结构疲劳的安全性,文中提出了基于扇区权重的k阶原点和中心矩算法对湍流强度不确定度的计算,并对湍流强度的不确定度进行了定义,可以快速的评估机位点的扇区湍流强度是否存在畸变;并基于包络定理构建了轮毂高度处扇区的最大参考湍流强度函数,建立了扇区湍流强度和等效疲劳载荷的关系,并对基于等价湍流计算的传统计算方法的适用性评估方进行了扩展和优化,解决了传统计算方法中需要根据不同材料Whler指数m进行载荷迭代计算的问题。     

WMS软件在风电场微观选址中的应用

以张北坝头风电场一期工程为基础,采用WMS软件(风电场工程特性分析与微观选址软件)对风电机组进行微观选址计算,使风场有较优的布机方案和更好的经济效益,表明用WMS软件对坝头风电场进行微观选址是可行和有效的。     

平坦地形相邻风电场尾流影响研究北大核心CSCD

随着风电产业向三北地区和海上发展,大规模风电场规划建设成为了热点。风电场尾流的影响是规划设计的关键技术之一,文章研究了平坦地形下相邻风电场间的尾流影响特性。首先,利用Horns Rev风电场SCADA数据验证了RANS/AD方法的可靠性;然后,基于国内某平坦地形风电场的SCADA数据,采用临界函数法剔除异常数据,同时采用机舱风速传递函数(NTF)修正机舱风速,处理得到风电场各台风力机来流风速及相应输出功率的分布规律;最后,分别模拟计算两风电场同时运行以及下游风电场单独运行工况下的各台机组输出功率,并与实测数据进行对比,由于尾流影响,下游风电场在主风向8 m/s风速下的功率亏损达20%;当下游风电场第一、二排间流向行间距由10.5D增至13D时,可使整场功率亏损降至15.4%。文章研究结论对风电场的宏观选址及微观选址具有一定的指导意义。     

地形复杂的风电场资源评估误差分析方法

由于计算模型本身的限制,风能资源地图分析与应用程序(WAsP)不能准确模拟复杂地形中风的流动变化情况,用其评价复杂地形风电场的风能资源时存在一定误差.目前,主要采用RIX方法来评估WAsP在复杂地形中的风速预测误差,长期以来一直缺少根据风速预测误差来评估风电场发电量预测误差的有效方法.文章在RIX方法的基础上,对WAsP应用于复杂地形风电场发电量预测的误差进行了研究,结合工程实践提出了一种发电量误差评估方法;根据某风电场实际发电量数据对提出的评估方法进行了验证,证明其有效性和实用性.     

风电场复杂地形的微观选址

以红牧风电场为例,分析了复杂地形的风电场微观选址,根据主风向上和垂直主风向上的不同间距布置风机,以对比单机平均发电量和尾流影响.结果表明,主风向上单机的平均发电量随风机间距的增加先增后疵,尾流损失不断减小;垂直主风向上随风机间距的增大单机平均发电量不断增大,尾流损失也不断减小.建议在复杂地形的主风向上风机间距的选择比简单地形小,均为风机直径6～7倍;简单地形的风机间距约为风机直径7～8倍.