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申请/专利权人：南京理工大学

摘要：本发明公开了一种基于二维Jensen模型和双光束激光雷达的尾流区风机功率预测方法，计算下游风机雷达测风点所处截面位置的尾流半径，以及下游风机风轮平面所处截面位置的尾流半径；根据上下游风机的连线与上游风机尾流中心轴线的夹角，判断下游风机处于尾流中心轴线的左侧还是右侧；根据雷达测风点处于风速区的位置，计算补偿后的下游风机雷达左、右测风点测量的风速值与补偿后的下游风机偏航误差角度；根据下游风机风轮平面处于尾流区的位置，计算下游风机的等效入流风速；计算下游风机的功率输出值。本发明还公开了对应的预测系统。本发明能够准确计算具有偏航误差的下游风机处于尾流区的功率输出值。

主权项：1.基于二维Jensen模型和双光束激光雷达的尾流区风机功率预测方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤1，采集上游风机的入流风速与入流风向，采集上游风机的偏航误差角度，采集下游风机双光束激光雷达左、右测风点测量的风速值，确定风场中风机之间的间距与方位角度；步骤2，根据二维Jensen模型及风机之间的间距与方位角度，计算下游风机雷达测风点所处截面位置的尾流半径，以及下游风机风轮平面所处截面位置的尾流半径；步骤3，判断下游风机雷达的两处测风点是均处于自然风速区，是一处测风点处于尾流区且另一处测风点处于自然风速区，还是两处测风点均处于尾流区；步骤4，根据上下游风机的连线与上游风机尾流中心轴线的夹角，判断下游风机处于尾流中心轴线的左侧还是右侧；步骤5，根据雷达测风点处于风速区的位置，计算补偿后的下游风机雷达左、右测风点测量的风速值与补偿后的下游风机偏航误差角度；步骤6，判断下游风机风轮平面是完全处于自然风速区，是部分处于尾流区，还是完全处于尾流区；步骤7，根据下游风机风轮平面处于尾流区的位置，计算下游风机的等效入流风速；步骤8，计算下游风机的功率输出值；步骤2中，根据二维Jensen模型及风机之间的间距与方位角度，分别计算下游风机雷达测风点所处截面位置的尾流半径、下游风机风轮平面所处截面位置的尾流半径，具体方法为：定义上下游风机连线与上游风机尾流中心轴线的夹角θL为：θL＝0.6a+1β1+θFWT-θx式中，θx为入流风向角，θFWT为上游风机相对于下游风机所在的方位角，β1为上游风机的偏航误差角度，a为风机轴向诱导因子；定义下游风机雷达测风点所在截面与上游风机的垂直距离为Ll，计算公式为：Ll＝LdcosθL-z0cosα式中，Ld为上下游风机的机舱连线距离，z0为下游风机雷达测风点与雷达的距离，α为下游风机雷达激光束与下游风机中轴线的夹角；下游风机雷达测风点所处截面位置的尾流半径计算公式为：Rl＝kLl+r0式中，k为尾流衰减系数，r0为风机的风轮半径；定义下游风机风轮平面所在截面与上游风机的垂直距离为Lw，计算公式为：Lw＝LdcosθL下游风机风轮平面所处截面位置的尾流半径计算公式为：Rw＝kLw+r0步骤3中，判断下游风机雷达的两处测风点是均处于自然风速区，是一处测风点处于尾流区且另外一处测风点处于自然风速区，还是两处测风点均处于尾流区，具体方法为：若LdsinθL-z0sinα＞Rl，则下游风机雷达的两处测风点均处于自然风速区；若LdsinθL-z0sinα≤RlLdsinθL+z0sinα＞Rl，则下游风机雷达一处测风点处于尾流区，且另外一处测风点处于自然风速区；若LdsinθL-z0sinα≤RlLdsinθL+z0sinα≤Rl，则下游风机雷达的两处测风点均处于尾流区；其中，Ld为上下游风机的机舱连线距离，θL为上下游风机连线与上游风机尾流中心轴线的夹角，z0为下游风机雷达测风点与雷达的距离，α为下游风机雷达激光束与下游风机中轴线的夹角，Rl为下游风机雷达测风点所处截面位置的尾流半径；步骤4中，根据上下游风机的连线与上游风机尾流中心轴线的夹角，判断下游风机处于尾流中心轴线的左侧还是右侧，具体方法为：若上下游风机的连线与上游风机尾流中心轴线的夹角小于0，则下游风机处于尾流中心轴线的左侧，否则处于尾流中心轴线的右侧；步骤5中，根据下游风机雷达测风点处于风速区的位置，计算补偿后的下游风机雷达左、右测风点测量的风速值与补偿后的下游风机偏航误差角度，具体方法为：1若下游风机处于尾流中心轴线左侧，且雷达左测风点处于自然风速区、右测风点处于尾流区，则右测风点风速补偿系数为： 式中，CT为风机升力系数，k为尾流衰减系数，r0为风机的风轮半径，Ll为下游风机雷达测风点所在截面与上游风机的垂直距离；rrk为右测风点所处位置与尾流平面中心线的垂直距离，计算公式为：rrk＝LdsinθL-z0sinα式中，Ld为上下游风机的机舱连线距离，θL为上下游风机连线与上游风机尾流中心轴线的夹角，z0为下游风机雷达测风点与雷达的距离，α为下游风机雷达激光束与下游风机中轴线的夹角；补偿后的下游风机雷达左、右测风点测量的风速值为：Va＝Vlos1Vb＝Vlos2Crw式中，Vlos1，Vlos2分别为下游风机雷达左右测风点的实际测量风速值；2若下游风机处于尾流中心轴线右侧，且雷达左测风点处于尾流区、右测风点处于自然风速区，则左测风点风速补偿系数为： 式中，rlk为左测风点所处位置与尾流平面中心线的垂直距离，计算公式为：rlk＝LdsinθL-z0sinα补偿后的下游风机雷达左、右测风点测量的风速值为：Va＝Vlos1ClwVb＝Vlos23若下游风机处于尾流中心轴线左侧且雷达左右测风点均处于尾流区，则左右测风点风速补偿系数分别为： 式中，rlk与rrk分别为左、右测风点所处位置与尾流平面中心线的垂直距离，计算公式为：rlk＝LdsinθL+z0sinαrrk＝|LdsinθL-z0sinα|补偿后的下游风机雷达左、右测风点测量的风速值为：Va＝Vlos1ClwVb＝Vlos2Crw4若下游风机处于尾流中心轴线右侧且雷达左右测风点均处于尾流区，则左右测风点风速补偿系数分别为： 式中，rlk与rrk分别为左、右测风点所处位置与尾流平面中心线的垂直距离，计算公式为：rlk＝|LdsinθL-z0sinα|rrk＝LdsinθL+z0sinα补偿后的下游风机雷达左、右测风点测量的风速值为：Va＝Vlos1ClwVb＝Vlos2Crw5若下游风机雷达左右测风点均处于自然风速区，补偿后的下游风机雷达左、右测风点测量的风速值为：Va＝Vlos1Vb＝Vlos2根据下游风机所在风速区域的不同，计算补偿后的下游风机的偏航误差角度，具体公式为： 步骤6中，判断下游风机风轮平面是完全处于自然风速区，是部分处于尾流区，还是完全处于尾流区，具体方法为：若LdsinθL-r1＞Rw，则下游风机风轮平面完全处于自然风速区；若LdsinθL-r1≤RwLdsinθL+r1＞Rw，则下游风机风轮平面部分处于尾流区；若LdsinθL-r1≤RwLdsinθL+r1≤Rw，则下游风机风轮平面完全处于尾流区；其中，r1为风轮半径在垂直尾流中心线上的投影长度，计算公式为：r1＝r0cos0.6a+1β1+β2其中，Ld为上下游风机的机舱连线距离，θL为上下游风机连线与上游风机尾流中心轴线的夹角，Rw为下游风机风轮平面所处截面位置的尾流半径，r0为风机风轮半径，β1为上游风机偏航误差角度，β2为补偿后的下游风机偏航误差角度，a为风机轴向诱导因子；步骤7中，根据下游风机风轮平面处于尾流区的不同，计算下游风机的等效入流风速，具体方法为：1若下游风机风轮平面完全处于自然风速区，则下游风机等效入流风速为： 其中，u0为上游风机的入流风速；2若下游风机风轮平面部分处于尾流区，则下游风机风轮平面处于尾流区的面积为： 其中，Rw为下游风机风轮平面所处截面位置的尾流半径，r1是风轮半径在垂直尾流中心线上的投影长度；令O1，O2为下游风机风轮平面处的尾流中心和下游风机风轮中心，B为下游风机风轮平面处的尾流区域边缘与下游风机风轮边缘的任意一个交点，θ1为连线O1O2与连线O1B的夹角，θ2为连线O1O2与连线O2B的夹角，计算公式为： 其中，LR为下游风机中心距离上游风机尾流中心线的垂直距离：LR＝LdsinθL其中，Ld为上下游风机的机舱连线距离，θL为上下游风机连线与上游风机尾流中心轴线的夹角；下游风机风轮面积为：S＝πr02其中，r0为风机风轮半径；风轮在垂直尾流中心线上的投影面积为：S1＝Scos0.6a+1β1+β2其中，β1为上游风机偏航误差角度，β2为补偿后的下游风机偏航误差角度，a为风机轴向诱导因子；尾流区的风速ur计算公式为： 式中，CT为风机升力系数，k为尾流衰减系数，r0为风机的风轮半径，Lw下游风机风轮平面所在截面与上游风机的垂直距离，r为下游风机风轮平面任意一点与尾流平面中心线的垂直距离，u0为上游风机的入流风速；下游风机等效入流风速计算公式为： 其中，a，b为积分上下限，取值为：a＝LR-r1b＝Rw3若下游风机风轮平面部分处于尾流区，则下游风机等效入流风速计算公式为： 其中，a＝LR-r1b＝LR+r1步骤8中，计算下游风机的功率输出值，具体公式为： 其中，ρ为空气密度，S为下游风机风轮面积，Cp为下游风机功率利用系数，为下游风机等效入流风速，β2为补偿后的下游风机偏航误差角度。

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