(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 202211250447.5 (22)申请日 2022.10.13 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 115310388 A (43)申请公布日 2022.11.08 (73)专利权人 南京理工大 学 地址 210094 江苏省南京市玄武区孝陵卫 200号 (72)发明人 邱颖宁　刘毅　冯延晖　 (74)专利代理 机构 南京理工大 学专利中心 32203 专利代理师 封睿 (51)Int.Cl. G06F 30/28(2020.01) G06F 17/18(2006.01) G06F 113/06(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01)(56)对比文件 CN 114091377 A,2022.02.25 CN 1081085 62 A,2018.0 6.01 CN 110009736 A,2019.07.12 CN 115062563 A,2022.09.16 CN 114254527 A,202 2.03.29 CN 113935247 A,202 2.01.14 CN 104794287 A,2015.07.2 2 CN 112784509 A,2021.0 5.11 US 2015056072 A1,2015.02.26 苏万清.H型垂直轴风力机 远场尾流特性研 究. 《盐城工学院学报(自然科 学版)》 .2020,(第 03期), 孟越等.不对称静子 尾迹流场激振力分析及 计算方法. 《北京航空航天大 学学报》 .20 07,(第 09期), 曹娜等.风电场动态分析中风速模型的建立 及应用. 《中国电机 工程学报》 .20 07,(第36期), 袁明友等.基 于二维尾流模型的风电场产能 分析. 《可 再生能源》 .2017,(第12期), 审查员 郑巧 (54)发明名称 空间变化的风力机三维不对称双高斯尾流 风速计算方法 (57)摘要 本发明公开一种空间变化的风力机三维不 对称双高斯尾流风速计算方法， 含垂直高度的初 始三维不对称双高斯尾流风速分布模 型； 基于动 量守恒， 初始三维不对称双高斯尾流风速分布的 归一化速度衰减； 基于质量守恒， 考虑来流风在 垂直方向上的风切变效应， 将初始三维不对称双 高斯尾流风速分布进行拓展， 得到在垂直高度上 尾流风速分布呈不对称双高斯分布的三维不对 称双高斯尾流模 型， 计算尾流区域任意下游距离 空间点的尾流风速。 本发明提升了尾流风速计算 的准确性， 减小尾流解析模型计算结果与高精度 风力机尾流仿真模拟结果之间的差异， 可辅助风电场进行功率预测、 偏航校正。 权利要求书7页 说明书16页 附图3页 CN 115310388 B 2022.12.23 CN 115310388 B 1.一种空间变化的风力机三维不对称双高斯尾流风速计算方法， 其特征在于， 具体步 骤如下： 步骤1， 根据风力机轮毂中心线左、 右两侧不同的尾流半径分布， 基于来流风在垂直方 向上均匀分布的假设， 构建含垂直高度的初始三维不对称双高斯尾流风速分布模型， 所述 风力机初始三维不对称双高斯尾流风速分布模型中， 尾流风速分布随下游距离的增加， 在 空间上呈对称双高斯、 不对称双高斯到对称单高斯的变化 规律； 步骤2， 基于动量守恒， 计算初始三维不对称双高斯尾流风速分布 的归一化速度衰减， 所述尾流风速 分布的归一化速度衰减随下游距离和径向距离变化， 且假定在任意下游距离 处， 尾流风速空间分布的归一 化速度衰减随径向距离线性变化； 步骤3， 基于质量守恒， 考虑来流风在垂直方向上的风切变效应， 将初始三维不对称双 高斯尾流风速 分布进行拓展， 得到在垂 直高度上尾流风速 分布呈不对称双高斯分布的三 维 不对称双高斯尾流模型； 步骤4， 基于三维不对称双高斯尾流模型， 结合风力机转轮直径、 轮毂高度、 推力系数、 轮毂高度来流风速、 风切变指数、 来流风湍流度、 水平方向尾流风速廓线极小值与轮毂中心 线的距离， 计算尾流区域任意下游 距离空间点的尾流 风速； 步骤1中， 根据风力机轮毂中心线左、 右两侧不同的尾流半径分布， 基于来流风在垂直 方向上均匀分布的假设， 构建含垂直高度的初始三维不对称双高斯尾流风速分布模型， 其 中风力机初始三维不对称双高斯尾流 风速分布模型的具体公式为： 式中，u(x,y,z)表示风力机尾流在空间任意点的尾流风速， x表示空间点沿风力机轴向 的下游距离， 以风力机位置为起始 零点；y表示空间点在水平方向上距离轮毂中心 位置的径 向距离， 以轮毂中心位置为零点； z表示空间点在垂直方向上与轮毂中心位置的高度差， 以 轮毂中心高度为零点； u0表示来流风在风力机轮毂高度处的风速； 水平或垂直方向上尾流 风速廓线极小值与轮毂中心线的距离相同， 用 rmin表示；C(x,y)为尾流风速归一化速度衰 减； 以沿下游距离 x增大的方向从前方正视叶片顺时针旋转的风轮面时， 左手侧和右手侧对 应的半边风轮面分别定义为风轮面左半部分、 右半部分， 则 σ+(x)表示风轮右 半部分区域后 方尾流风速分布廓线的高斯标准差， σ‑(x)表示风轮左半部分区域后方尾流风速分布廓线 的高斯标准差， σz(x)表示风力机尾流风速廓线在垂直方向上的高斯分布标准差， 风轮面两 侧水平方向的不同高斯分布标准差 σ+(x)、σ‑(x)与水平方向尾流半径 ry的关系及垂直方向 高斯分布标准差 σz(x)与垂直方向尾流半径 rz的关系分别为： 权　利　要　求　书 1/7 页 2 CN 115310388 B 2其中， 风轮面两侧水平方向的不同高斯分布标准差 σ+(x)、σ‑(x)及垂直方向高斯分布标 准差σz(x)为与沿风力机轴向的下游 距离x有关的函数， 具体公式为： 式中，σ0表示初始尾流半径， 具体公式为： 式中，d0表示转轮直径， ε为初始尾流半径分布经验系数， 具体公式为： 式中，CT表示风力机推力系数， I0表示来流风初始湍流强度； k+(x)、k‑(x)分别表示与沿风力机轴向的下游距离 x有关的风轮面两侧水平方向尾流膨 胀速率： 其中，k‑’(x)、k+’(x)分别表示水平方向风轮面左半部分、 右半部分尾流衰减系数， 其取 值由半经验公式决定， 具体公式为： 式中，a±、b±、c±、 w±均为经验系数， 经验范围分别为： 0.024≤ a+≤0.194， ‑0.193≤b+ ≤‑0.031， 1.645≤ c+≤2.295， 1.559≤ w+≤5.761； 0.060≤ a‑≤0.158， ‑0.160≤b‑≤‑ 0.064， 1.939≤ c‑≤2.367， 2.039≤w‑≤4.355； kz(x)表示垂直方向风力机尾流 膨胀速率， 具体公式为：权　利　要　求　书 2/7 页 3 CN 115310388 B 3