基于CFD短期风速预测风电场的扇区管理方法

摘要

本发明提出了一种基于CFD短期风速预测风电场的扇区管理方法，为了减小风电场风电机组之间引起的尾流影响，本方法基于CFD风电功率预测信息控制各来流扇区风机运行，根据NWP数据和风电场物理模型预测单台风电机组的风速和风向，模拟分析相邻风力机之间的干扰以及前排风力机对后排风力机的影响，并使用软件进行验证。根据风电场历史测风数据建立风电场风资源分布模型，结合风机排布，关联实时测风数据。本发明在于克服现有技术的缺陷和难题，提出基于CFD短期风速预测风电场的扇区管理方法，其目的为解决目前风电场普遍存在的湍流对机组的载荷和功率波动影响的问题。

主权项

一种基于CFD短期风速预测风电场的扇区管理方法，包括如下步骤：步骤1，建立风电场CFD流场特性数据库：利用风电场地形高程、粗糙度等数据，建立风电场物理模型，得到CFD插件表，即风加速比数据库，针对可能出现的风电场来流条件对流场进行CFD预计算，将计算获得的流场加速比数据存入数据库中，建立风电场流场特性加速比数据库，利用该数据库可以将测风塔位置的风速外推至每台风机轮毂高度处的风速，输出风机轮毂高度处的预测风速和风速变化趋势，避免每次运行预测模型时都进行建模工作，有效提高预测速度；步骤2，建立基于计算流体力学修正风电机组数据的虚拟测风塔：首先对采集的SCADA系统即数据采集与监视控制系统的测风数据根据GB/T18710‑2002并结合风电场的实际情况，进行合理性检验、相关性检验、趋势检验，然后进行数据剔除及修正，剔除风电机组不工作或是测试系统发生故障的数据，保证数据可以真实反映风电机组的功率输出情况；然后将所测机组嵌套到所建立的物理模型中，利用计算流体力学将机舱尾部测风设备所测得的风速推到受较少风力发电机组尾流影响且与风电机组功率输出相关性较好位置的风速，得到经过尾流修正的虚拟测风塔数据后，通过以下步骤得到预测的虚拟测风塔的气象信息，首先，利用真实测风塔数据对NWP进行订正，保证CFD模型以及NWP的准确性，其次，通过CFD插件表推算出虚拟测风塔各高度处的气候条件，最后，将NWP与虚拟测风塔数据进行验证，并得出虚拟测风塔处未来气象数据；步骤3，利用数据库进行风速预测:预测模块首先对NWP降尺度，通过气象神经网络修正；将NWP输入数据耦合到参考测风塔；考虑尾流模型，查询相近的来流条件并调用CFD插件表数据库中相应的流场分布数据，插值计算该时刻各台风电机组轮毂高度处的预测气象数据。按照功率曲线拟合计算单台风机的预测功率，最后计算风电场内单机和整场的输出功率。这种预测方法将复杂的CFD流场数值模拟放到风速预测之前完成，合理地解决了CFD模型的时效性问题。步骤4，基于预测信息的风电场扇区管理:根据预测的风速和风向管理扇区内的风机运行，在有尾流影响的扇区内风机采取停机和限电管理，在电网限电时，需要选择性地关停一些机组，才能满足电网调度的要求，限电本身造成发电企业经济损失，这是难以避免的，但是在进行限电时的一些操作可以使损失降到最低，风机运行扇区管理在限电时可以关停受尾流影响较大的机组，从而较少尾流中湍流对风机的损害，延长风机的使用寿命。