专利汇可以提供一种海上风电场发电量计算方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种海上 风 电场 发电量计算方法,包括以下步骤:收集测风数据;求解海面粗糙度;利用理查森数法求解理查森数并判定海上风电场热 稳定性 ;求解莫宁长度;对风轮廓模型进行修正并求解修正后的风速数据;对Jensen尾流模型进行修正并对海上风电场不同 热稳定性 赋予对应的不同的尾流耗散系数中的常数;求解单台机组尾流影响下的下游机组风轮前的风速;求解多台机组尾流影响下的下游机组风轮前的风速;求解海上风电场不同热稳定性下单台机组输出功率;分别计算海上风电场不同热稳定性下单台机组年总发电量,以及海上风电场年总发电量。充分考虑近海风电场不同区域、不同时间 风能 分布的差异性,实现快速准确地计算海上风电场发电量。,下面是一种海上风电场发电量计算方法专利的具体信息内容。
1.一种海上风电场发电量计算方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)收集海上风电场所建的测风塔的一年的测风数据,所述测风数据包括同一测风年内测风塔所测的不同高度的风速、风向及温度数据,其中不同高度包括距离海面10m高度以及测风塔轮毂高度H;
2)利用海面10m高度的风速数据以及海面粗糙度计算公式,求解海面粗糙度z0;
3)利用理查森数法求解理查森数Ri,并根据理查森数Ri判定海上风电场热稳定性;
4)根据理查森数Ri求解莫宁长度L;
5)利用海面粗糙度z0以及莫宁长度L对风轮廓模型进行修正,并求解修正后的风速数据V0;
6)对Jensen尾流模型进行修正,并对海上风电场不同热稳定性赋予对应的不同的尾流耗散系数k中的尾流耗散常数kw;
7)求解单台机组尾流影响下的下游机组风轮前的风速vx;
8)求解多台机组尾流影响下的下游机组风轮前的风速vj(t);
9)根据风电场风力发电机组的功率曲线以及步骤8)求解得到的多台机组影响下的下游机组风轮前的风速vj(t),求解海上风电场不同热稳定性下单台机组输出功率E(v);
10)分别计算海上风电场不同热稳定性下单台机组年总发电量Ej,以及海上风电场年总发电量E。
2.根据权利要求1所述的一种海上风电场发电量计算方法,其特征在于:所述步骤2)中的海面10m高度的海面粗糙度计算公式为,
其中,z0为海面粗糙度,s为冯卡门常数、取值为0.35,U10为海面10m高度处风速。
3.根据权利要求1所述的一种海上风电场发电量计算方法,其特征在于:所述步骤3)中的理查森数Ri的计算公式为,
ΔT=T2-T1 (4)
Δu=u2-u1 (5)
其中,g为重力加速度,I为z1和z2的算术平方根,z1和z2分别为上、下两个气层的高度,T1和T2分别为上、下两个气层的温度,T为上、下两个气层的温度T1和T2的平均值,ΔT为上、下两个气层的温差值,u1和u2分别为上、下两个气层的速度,Δu为上、下两个气层的速度差;
所述步骤3)中的判定海上风电场热稳定性为,
当理查森数Ri的数值范围为Ri>0.2,则判定海上风电场热稳定性为稳定;
当理查森数Ri的数值范围为-0.6<Ri<=0.2,则判定海上风电场热稳定性为中性;
当理查森数Ri的数值范围为-2.5<Ri<=-0.6,则判定海上风电场热稳定性为不稳定;
当理查森数Ri的数值范围为Ri<=-2.5,则判定海上风电场热稳定性为极不稳定。
4.根据权利要求3所述的一种海上风电场发电量计算方法,其特征在于:所述步骤4)中的莫宁长度L的计算公式为,
其中,L为莫宁长度,I为z1和z2的算术平方根,Ri为理查森数。
5.根据权利要求4所述的一种海上风电场发电量计算方法,其特征在于:所述步骤5)中的风轮廓模型修正为,
其中,u*为摩擦速度,s为冯卡门常数,取值为0.35;z为垂直方向上风轮廓对应的高度值,z0为海面粗糙度,ψm为风速的通用函数,L为莫宁长度;
摩擦速度u*的求解公式为u*2=C10U102,其中C10为阻力系数,C10可以根据吴京公式求解,U10为海面10m高度处风速;
其中,风速的通用函数ψm的计算公式为,
当海上风电场热稳定性为稳定时,
当海上风电场热稳定性为中性时,
当海上风电场热稳定性为不稳定或极不稳定时,
y=[1-(16·z/L)]1/4 (11)
其中,y为公式(10)中单列出的公共项;
所述步骤5)中的求解修正后的风速数据V0为,根据式(7)及风速的通用函数ψm的计算公式,计算考虑了海上风电场热稳定性和海面粗糙度后的轮毂高度z=H处的风速数据u(z)。
6.根据权利要求5所述的一种海上风电场发电量计算方法,其特征在于:所述步骤6)对Jensen尾流模型进行修正,对海上风电场不同热稳定性赋予对应的不同的尾流耗散系数k中的尾流耗散常数kw,具体为,
6-1)根据步骤3)判定的海上风电场热稳定性,将步骤5)求解得到的修正后的风速数据V0对应分为稳定、中性、不稳定和极不稳定共四组;
6-2)计算尾流耗散系数k,k=kw(σG+σ0)/v0;
其中,kw为尾流耗散常数,σG和σ0分别为风电机组产生的湍流和自然湍流的均方差,v0为自然风速;
6-3)对海上风电场不同热稳定性赋予对应的不同的尾流耗散系数k中的尾流耗散常数kw,包括,
当海上风电场热稳定性为稳定时,赋予尾流耗散系数k中的尾流耗散常数kw值为0.098;
当海上风电场热稳定性为中性时,赋予尾流耗散系数k中的尾流耗散常数kw值为0.048;
当海上风电场热稳定性为不稳定时,赋予尾流耗散系数k中的尾流耗散常数kw值为
0.051;
当海上风电场热稳定性为极不稳定时,赋予尾流耗散系数k中的尾流耗散常数kw值为
0.044。
7.根据权利要求6所述的一种海上风电场发电量计算方法,其特征在于:所述步骤7)求解单台机组尾流影响下的下游机组风轮前的风速vx,具体为,
7-1)根据动量理论有,
其中,ρ为空气密度,R和Rw分别为叶轮半径和尾流半径,vx为受尾流影响的风速,vT为通过叶片的风速;
7-2)根据推力系数公式求解得到自然风速v0、通过叶片的风速vT和风电机组的推力系数CT具有如下关系,
vT=v0(1-CT)1/2 (15)
7-3)单台机组尾流影响下的下游机组风轮前的风速vx的计算公式为,
其中,X为两个风电机组的间距。
8.根据权利要求7所述的一种海上风电场发电量计算方法,其特征在于:所述步骤8)求解多台机组尾流影响下的下游机组风轮前的风速vj(t),其计算公式为,其中,vj(t)为作用在任意一台机组上的风速,vj0(t)为没有经过任何塔影影响作用在第j台风力发电机组上的风速、即自由流风速,vmj(t)为考虑机组间尾流效应时第m台风力发电机组作用在第j台风力发电机组上的尾流风速, 表示在第j台风力发电机组处第m台风力发电机组的投影面积 与第j台风力发电机组面积Arot-j的比,n为风力发电机组总台数,t表示时刻。
9.根据权利要求8所述的一种海上风电场发电量计算方法,其特征在于:所述步骤10)分别计算海上风电场不同热稳定性下单台机组年总发电量Ej,以及海上风电场年总发电量E,具体为,
10-1)采用威布尔分布描述平均风速变化,
则平均风速的概率密度函数f(v)为,
平均风速的累积分布函数F(v)为,
F(v)=1-exp(-(v/c)p) (19)
其中,p为决定分布范围的形状参数,c为决定位置的尺度参数,v为测风数据中的风速;
10-2)将步骤5)修正后的风速数据V0带入公式(18)中的v,分别求解海上风电场不同热稳定性下的平均风速的概率密度函数;
将步骤5)修正后的风速数据V0带入公式(19)中的v,分别求解海上风电场不同热稳定性下的平均风速的累积分布函数;
10-3)计算单台机组年总发电量Ej,
其中,p(θ)为对应角度θ的风向频率,vin为风电机组的切入风速,vout为风电机组的切出风速,N(v)为相应风速等级出现的全年累计小时数,E(v)为速度v通过风电场风力发电机组的功率曲线得到的单台机组输出功率,f(v)为通过威布尔分布的平均风速的概率密度函数得到的频率;
将步骤5)修正后的风速数据V0带入公式(20)中的v,分别求解海上风电场不同热稳定性下的单台机组年总发电量Ej;
10-4)计算海上风电场年总发电量E,
其中,n为海上风电场的风电机组总台数。
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