【摘 要】
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作为风电场经济效益的重要影响因素,尾流效应易引起尾流区风速降低、湍流度增加,导致下游风电机组功率损失、疲劳载荷增加等后果。现有研究表明,风电机组在偏航时会对尾流产生横向推力使其轨迹产生水平偏移,理论上可通过机组的主动偏航,使流场中的前排机组尾流偏离后排机组风轮面,实现尾流控制改善风电场的发电效益。目前基于主动偏航的尾流控制方面主要研究对象为海上与平坦地形风电场,而随着风电行业的不断发展,大量新建陆
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作为风电场经济效益的重要影响因素,尾流效应易引起尾流区风速降低、湍流度增加,导致下游风电机组功率损失、疲劳载荷增加等后果。现有研究表明,风电机组在偏航时会对尾流产生横向推力使其轨迹产生水平偏移,理论上可通过机组的主动偏航,使流场中的前排机组尾流偏离后排机组风轮面,实现尾流控制改善风电场的发电效益。目前基于主动偏航的尾流控制方面主要研究对象为海上与平坦地形风电场,而随着风电行业的不断发展,大量新建陆上风电场场址均位于山地或丘陵地带,复杂地形对于尾流的建模与控制都带来了巨大的挑战。因此,研究复杂地形下的尾流分布特性并将它们应用于尾流控制策略中,具有很强的学术意义与实用价值。本文基于主动偏航策略,对复杂地形下风电场机组间的尾流控制技术展开研究。从流场工程化建模的角度出发,研究地形影响下的尾流特性并构建针对复杂地形的流场模型,在此基础上通过粒子群算法求解基于主动偏航策略的优化指令,论文研究工作主要包括:首先,利用大涡模拟方法研究了理想山体周围的流场分布以及山体不同位置处机组的尾流特性,得出地形效应对机组尾流分布的影响。仿真结果表明,尾流中心与预计算流场(仅含地形)中机组风轮面中心位置起始的流线分布基本相同。以该结论作为假设,进一步结合压力梯度的速度修正方法,本文提出了基于预计算流场的尾流模型修正模型,实现复杂地形下风电场流场的工程化建模,并仿真验证了模型的准确性。结果显示,相比传统修正方式,本文所使用的修正模型针对复杂地形能够实现更精确的流场模拟效果。在此基础上,针对含复杂地形的风电场,采用粒子群算法,以整体发电量最大化为目标,求解各机组的优化偏航指令,并利用大涡模拟验证优化策略的有效性。最后以某山地风电场2 MW机组为对象,基于外挂式偏航控制器编写简化偏航指令,开展风电场尾流控制的现场测试,分析现场运行数据并验证了机组整体发电功率的提升。
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