风电场风机尾流及其迭加模型的研究（1）

ABSTRACT：The optimallayouts of wind turbine唱enerator(WTG)in wind fhm are innuenced by WTG wake when mesite of wind f．aml is selected．At presem，the searchachievements in China and abroad on WTG wake and overlavmodel in actLlal wind f细mainlv f．ocus on one．dimensionclinear model．Aiming to impmve the situation，more completereasonable WTG wake model was constmcted aIld its boulldaryin wake was nonlinear wim the distaIlce．In addition，accordingto actual circumst锄ce in WTG wake．diffbrent fhller WTGoverlay models were buih to ad印t to me sitllation of existingwind fam．The comparison resuhs of engineering exampleswith 3．dimension num舐cal simulation show tllat the wake andoveday model in WTG proposed in tllis p叩er are morereasonable a11d it call e脏ctively improve the generation benefit
ofwind fhm．
KEY WoRDS：wind f-am；optimallayout of wind turbine；wake model；overlay model
摘要：在风电场场址选定的情况下，风电机组之间的尾流影响风电场风机的优化布置。目前，国内外关于符合风电场风机实际尾流以及迭加模型的研究主要侧重于一维线性模型及其迭加模型的实际应用。为此，推导建立了更加完整合理的一维非线性扩张尾流模型，即尾流影响边界随距离非线性增大；此外，根据风机尾流迭加的实际情况，分别推导建立了完整的风机尾流迭加计算模型来适应现有风电场的不同情形。通过相关工程算例结果与三维数值模拟计算结果的对比分析表明，所建立的风机尾流模型和尾流迭加模型更加合理，可有效提高风电场的发电效益。
关键词：风电场；风机优化布置；尾流模型；尾流迭加模型

风电场风机优化布置是风电场规划中的关键环节，其中确定各风机在风电场中相对布置位置的主要因素之一是风机间的尾流效应，而且多台风机间的尾流迭加又会影响其他受影响风机的工作风cc速，因此，风机尾流模型及其对应的迭加模型是整c个风电场发电量预测的基础【l。3J。这些模型的合理性以及受其他风机尾流影响的风机工作风速的合理确定，将直接影响风电场的风机布置和发电效益。
最初，针对尾流情况[4。5】，多数学者都是根据经给出一些粗略的指标予以指导风电场风机的发电量判断以及风优化布置等工作。Lissaman在瑞典Khlkugen实测数据的基础上，基于湍流喷射的相似理论，提出了单台风机尾流的计算模型【6。J。FaXen和Milbormw针对更大尺寸的风机叶轮进行了实验研究【8。9]，根据实验数据分析，风速线性变化的规律性得到了再次验证，但风速的衰减速度却有所不同。1980年，Vernleulen在对实验数据分析的基础上，对Lissaman数学模型提出了改进，形成了MILLY模型【10J。继Lissaman模型和MILLY模型之后，1986年，丹麦Riso国家实验室提出了Park模型【l¨，并将其应用到风能资源评估软件WasP、windfa眦以及windpro等中，其尾流影响边界随距离线性增大，即在进行风电场风机优化布置的模拟计算时，均忽略了风轮的湍流影响，而采用简化风机尾流线性扩张模型，这与实际情况有较大的差异，并导致风机的迭加模型受到影响，从而使风电场风机排布不能达到最优状态。此外，一维非线性尾流模型实际上是三维尾流模型的一种简化计算模型，从模拟精度上来看，其所能达到的模拟精度较三维模型略低，但一维非线性尾流模型与三维尾流模型的应用场合及其预期目的有所不同。石家庄风机厂