(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202110182088.3 (22)申请日 2021.02.09 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 112949217 A (43)申请公布日 2021.06.11 (66)本国优先权数据 202011635001.5 2020.12.31 CN (73)专利权人 国家能源集团新能源技 术研究院 有限公司 地址 102209 北京市昌平区小汤山 镇东流 顺沙路245号(未来科技城) 专利权人 国家能源 （山 东） 新能源 有限公司 (72)发明人 李雄威　李庚达　崔青汝　徐家豪　 林忠伟　王卫东　张宗辉　李代振　 张善刚　司宗明　(74)专利代理 机构 北京润平知识产权代理有限 公司 11283 专利代理师 肖冰滨　王晓晓 (51)Int.Cl. G06F 30/28(2020.01) G06F 30/27(2020.01) G06N 3/04(2006.01) G06N 3/08(2006.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 113/28(2020.01) G06F 119/14(2020.01) 审查员 韩征 (54)发明名称 风电机组尾流分区域建模及快速分析方法 (57)摘要 本发明提供一种风电机组尾流分区域建模 方法和快速分析方法， 属于风电机组尾流计算领 域。 风电机组尾流分区域建模方法包括： 建立尾 流高斯速度损失剖面标准差方程系数的经验表 达式； 基于尾流中心的最大速度损失计算方程， 将尾流区划分为尾流I区与尾流II区； 基于质量 守恒定理， 建立所述尾流I区内的速度损失模型； 基于动量守恒定理， 建立尾流II区内的速度损失 模型； 确定校正后的尾流I区与尾流II区的分界 面； 在新的分界面下， 重新计算尾流I区与尾流II 区的速度损失， 从而 得到全尾流区域的速度损失 模型。 本发 明更为简便且准确地计算高斯速度损 失剖面的标准差， 并且针对不同的尾流区域建立 了速度损失模 型， 从而提升了尾流速度分布的计 算精度。 权利要求书4页 说明书10页 附图7页 CN 112949217 B 2022.12.20 CN 112949217 B 1.一种风电机组尾流分区域建模方法， 其特 征在于， 所述建模方法包括： S1、 运用尾流大涡模拟数据拟合得到尾流膨胀率， 以及得到风电机在风轮位置处的速 度损失剖面的标准差与风电机组的风轮直径的比值 ε； S2、 运用所述尾流膨胀率和所述比值ε建立风电机组尾流高斯速度损 失剖面的标准差 与风轮后方 下游距离的第一对应关系； S3、 根据风电机组尾流速度损失沿径向符合自相似的高斯分布和动量守恒定理得到风 电机组尾流中心的最大速度损失计算方程； S4、 基于所述第一对应关系和风电机组尾流中心的最大速度损失计算方程， 在所述风 电机组尾流中心的最大速度损失计算方程的值为最大值时， 得到的风轮机组后方下游距 离， 作为初始点； 根据所述初始点将所述风电机组尾流划分为初始尾流I区与初始尾流II 区； S5、 基于所述初始尾流I区内的风电机组尾流速度的损失剖面近似呈高斯分布， 建立尾 流I区的尾流速度方程； 基于质量守恒定理， 求解所述尾流I区的尾流速度方程的系数， 建立 所述初始尾流 I区内的速度损失模型M1； 基于动量守恒定理、 所述第一对应关系和所述最大速度损 失计算方程， 建立所述初始 尾流II区内的速度损失模型M2。 2.根据权利要求1所述的建模方法， 其特 征在于， 所述尾流 膨胀率的经验表达式为： k*＝m1I0+n1(1) 其中， k*表示尾流 膨胀率、 I0为大气湍流强度、 m1和n1为拟合系数； 所述风电机组位置处速度损失剖面的标准差与风电机组的风轮直径的比值 ε为： ε＝m2I0+n2(2) 其中， m1、 n1、 m2、 n2为拟合系数。 3.根据权利要求2所述的建模方法， 其特征在于， 所述风电机组尾流高斯速度损失剖面 的标准差随风轮后方 下游距离的变化的第一对应关系为公式(3)： 其中， σ 表示风轮后方下游距离x处高斯速度损失剖面的标准差， x表示风轮后方的下游 距离； d0为风轮直径。 4.根据权利要求3所述的建模方法， 其特征在于， 步骤S3中， 风电机组尾流区内的速度 损失剖面具有自相似特性且呈高斯分布， 可 得第二尾流速度， 第二尾流速度为公式(4)： 在风电机组尾流区内应用动量定理可 得： 其中， T表示 风电机组中风轮受到的总推力； ρ 表示 来流的空气密度； Uw为第二尾流速度； U∞为无穷远处的来 流风速； CT表示风电机组推力系数；权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 112949217 B 2将公式(4)代入式(5)中， 并从0到∞积分可得风电机组中风轮后方的下游距离x处尾流 中心的最大速度损失为公式(6)： 其中， C(x)表示风电机组中风轮后方的下游距离x处尾流中心的最大速度损失； r表示 风电机组中风轮后方下游距离x处的尾流径向距离； σ 表示风电机组中风轮后方下游距离x 处的高斯速度损失剖面的标准差 。 5.根据权利要求 4所述的建模方法， 其特 征在于， 步骤S4包括： 将公式(3)带入公式(6)， 在所述风电机组尾流中心的最大速度损失计算方程的值为最 大值时， 得到的风轮机组后方下游距离， 作为初始点χ*； 以初始点χ*所在且垂直于所述风电 机组尾流中心线的平面， 划分所述电机组尾流 为初始尾流 I区与初始尾流 II区； 所述初始点 χ*的公式(7)为： 其中， CT表示风电机组推力系数。 6.根据权利要求5所述的建模方法， 其特征在于， 步骤S5中， 所述尾流I区的尾流速度 方 程为： 其中， A、 B、 C为待定系数； rx表示风轮后方的下游距 离x处的尾流 半径； r表示尾流区的径 向距离； 根据Jensen模型， 可 得： 其中， U*表示风电机组中风轮后方的下游距离x处的尾流截面风速； a表示轴向诱导速 度； k为Jensen模型中的尾流膨胀率； r0表示示风电机组中风轮后方的初始尾流半径； 风电 机组中风轮后方的下游 距离x处， 当径向距离r扩展到尾流半径 rx时恢复到来 流风速U∞， 则 假设Jensen模型和初始尾流I区的速度损失模型M1的尾流半径相同， 且质量通量相等， 则可得： 由公式(8) ‑(12)， 可得：权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 112949217 B 3