線性模型的風(fēng)電場發(fā)電量計(jì)算研究

張亞軍

摘 要：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電量的計(jì)算是風(fēng)電場性能評估的重要組成部分，而發(fā)電量的計(jì)算對風(fēng)電場性能優(yōu)化以及提高營運(yùn)效益具有非常重要作用。但是在實(shí)際的工作環(huán)節(jié)中，相關(guān)人員不能夠正確、合理計(jì)算風(fēng)電場的發(fā)電量，進(jìn)而導(dǎo)致各種問題的出現(xiàn)，致使風(fēng)電場工作效率得不到提升。基于此，本文通過對線性模型的風(fēng)電場發(fā)電量計(jì)算進(jìn)行研究，以期能夠進(jìn)一步提升風(fēng)電場經(jīng)濟(jì)以及社會經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：線性模型 風(fēng)電場 發(fā)電量 計(jì)算

中圖分類號：TM611.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）09（b）-0095-02

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)電量計(jì)算是衡量風(fēng)力發(fā)電機(jī)組性能的重要指標(biāo)。由于風(fēng)能具有密度低、穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，所以在實(shí)際的工作中，很難確定風(fēng)機(jī)的發(fā)電量。對于已經(jīng)投產(chǎn)發(fā)電的風(fēng)電場來說，不同風(fēng)況下的發(fā)電量是存在差異。在發(fā)電機(jī)組停工或者降出力工作狀態(tài)下時，精準(zhǔn)計(jì)算風(fēng)電機(jī)發(fā)電量對提高風(fēng)電場安全運(yùn)作以及加強(qiáng)安全管理等具有重要的意義。目前，計(jì)算機(jī)風(fēng)電場發(fā)電量的方法有樣板機(jī)計(jì)算法、便準(zhǔn)曲線計(jì)算法以及擬合功率曲線計(jì)算法等。

1 樣板計(jì)算法分析

近年來，風(fēng)電監(jiān)察局相繼出臺風(fēng)電場風(fēng)力計(jì)算方法的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。風(fēng)電場棄風(fēng)電量是指受電網(wǎng)在傳輸通道以及安全運(yùn)行所必須的環(huán)境影響下，風(fēng)電場本可以發(fā)電而并沒有發(fā)出的電量，稱之為棄風(fēng)電量不包含風(fēng)電場由于風(fēng)機(jī)本身故障而導(dǎo)致不能發(fā)出的電量。在實(shí)際的工作中，所采用的計(jì)算電量的方法受到限制時，應(yīng)該采用樣板計(jì)算方法計(jì)算受阻的電量，即調(diào)度機(jī)構(gòu)在對風(fēng)電場進(jìn)行發(fā)電量控制時，應(yīng)該保持樣板機(jī)不受限制，并將其發(fā)電量作為同類型的風(fēng)機(jī)發(fā)電的理論基礎(chǔ)依據(jù)，同時減去風(fēng)電場棄風(fēng)受限電量的計(jì)算方法，其具體計(jì)算方法如下：

2 標(biāo)準(zhǔn)功率曲線計(jì)算方法

根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)曲線計(jì)算法的定義：風(fēng)電機(jī)組功率曲線是其輸出功率與每10分鐘平均風(fēng)速的變化之間的關(guān)系曲線圖。在對風(fēng)電機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，需要對風(fēng)力發(fā)電機(jī)的性能進(jìn)行準(zhǔn)確的評估預(yù)算，同時還應(yīng)該對風(fēng)電發(fā)電機(jī)的性能進(jìn)行模擬仿真，在這種情況下，得到的功率曲線被稱作為標(biāo)準(zhǔn)功率曲線，其中，風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)速與功率的關(guān)系如：

3 擬合功率曲線計(jì)算法

風(fēng)電場風(fēng)電機(jī)組在運(yùn)行的過程中，會受到海拔、氣溫、濕度、空氣質(zhì)量等因素的影響，在這個過程中，應(yīng)該應(yīng)用風(fēng)電機(jī)工作時的歷史數(shù)據(jù)對風(fēng)機(jī)工作功率進(jìn)行曲線擬合，使該風(fēng)機(jī)功率曲線能夠符合風(fēng)機(jī)工作運(yùn)行的特性。如：表1中風(fēng)電機(jī)組擬合功率曲線計(jì)算該風(fēng)場風(fēng)機(jī)實(shí)際功率與理論有功功率誤差。

在實(shí)際工作中，擬合功率曲線的誤差會低于標(biāo)準(zhǔn)功率曲線以及樣板機(jī)組計(jì)算法的誤差，其中，樣板計(jì)算法存在的誤差最大，如圖1。

4 線性模型的風(fēng)電場發(fā)電量模型分析

4.1 流體模型

對風(fēng)電場內(nèi)部大氣邊界層來說，在實(shí)際的計(jì)算過程中可以根據(jù)風(fēng)電場的物理特性將其簡化為無粘性外場以及粘性內(nèi)場。其中，靠近地表的內(nèi)場由于受地面粗糙程度的影響，流動較為復(fù)雜，而靠近地面的內(nèi)場又可以劃分為應(yīng)力層和近地層，雖然應(yīng)力層的剪應(yīng)力較小，但最大風(fēng)電機(jī)最大繞動速度還是發(fā)生在這一層；而近地層作為一薄層，層內(nèi)的剪應(yīng)力梯度變化的速度飛快，使風(fēng)電機(jī)的繞動速度取向與零。離地表較遠(yuǎn)的外場在實(shí)際的運(yùn)作中可以將其視為完全沒有粘度的位勢流，這就造很大程度上簡化了流場的計(jì)算。

圖2所示的是流過低山的流暢結(jié)構(gòu)圖，圖2中的各種物理量如下：W為大氣邊界層厚度；u0為平面地形上的基本流動，對數(shù)方程（5）對其進(jìn)行描述描述；l為內(nèi)場厚度，由式（6）確定；z=f（x，y）為障礙物形狀函數(shù)；h為障礙物高度；L為障礙物特征長度。

式中：z0為地面粗糙度系數(shù)；κ≈0.4，為馮·卡門常數(shù)；u*為表面摩擦速度，由來流雷諾數(shù)決定的常數(shù)。對一個典型例子，L=500 m，z0=0.1 m，則內(nèi)場高度l≈28 m。風(fēng)電場安裝的風(fēng)機(jī)輪轂離地面高度通常都高于50 m，因此，可以認(rèn)為風(fēng)機(jī)工作主要是在無粘外場。

4.2 尾流模型

對于大型的風(fēng)電場，在主風(fēng)向的位置會設(shè)置有多排風(fēng)機(jī)共同運(yùn)轉(zhuǎn)，這就使下游風(fēng)電機(jī)處于上游風(fēng)電機(jī)的尾流中[2]。尾流模型主要研究自由來流，尾流相應(yīng)發(fā)生變化的規(guī)律。主要采用經(jīng)修正過的Park模型，其是由著名學(xué)者Jensen早在1984年就提出的一種理想模型，其計(jì)算的原理可以總結(jié)為：首先，對風(fēng)電機(jī)的下游提出假設(shè)，尾流的變化是線性膨脹；然后，利用一維動量以及質(zhì)量守恒定律計(jì)算風(fēng)電機(jī)下游位置的速度。值得注意的是，Park模型在使用的過程中，只是針對尾流有效，其要求距離應(yīng)該不小于風(fēng)電機(jī)風(fēng)輪的直徑的2倍，風(fēng)電機(jī)主風(fēng)向的間距應(yīng)該大于風(fēng)電機(jī)風(fēng)輪直徑的5倍，垂直于主風(fēng)向的間距應(yīng)該不小于風(fēng)電機(jī)直徑的3倍。

風(fēng)電場下游風(fēng)機(jī)會受到上游風(fēng)機(jī)尾流的影響，所以在實(shí)際的操作過程中，應(yīng)該考慮尾流疊加的問題。如果，研究的風(fēng)電機(jī)的風(fēng)輪處于上游風(fēng)電機(jī)的尾流中，則風(fēng)電機(jī)的入流風(fēng)速就是真實(shí)的尾流速度；如果，研究的風(fēng)電機(jī)的風(fēng)輪只有一部分處于上游風(fēng)電機(jī)的尾流中，則風(fēng)電機(jī)流入的速度是尾流速度與自由來流速度的乘積。多排風(fēng)電機(jī)在風(fēng)電場中，風(fēng)機(jī)之間的距離應(yīng)該保持一致，使人們在計(jì)算下游風(fēng)機(jī)尾流是可以直接推算出上游風(fēng)機(jī)尾流的速度。

總而言之，隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對線性模型的風(fēng)電場發(fā)電量計(jì)算越來越注重。但在實(shí)際的工作中，不能夠科學(xué)、合理的計(jì)算風(fēng)電場的發(fā)電量，進(jìn)而導(dǎo)致風(fēng)電場的工作效率低下、管理水平不高以及計(jì)算方法不合理，唯有根據(jù)文中提到的幾種算法，才能夠合理的計(jì)算風(fēng)電場的應(yīng)發(fā)定量、實(shí)際發(fā)電量以及棄發(fā)電量，提高風(fēng)電場的發(fā)電量的計(jì)算精度和效益，從而較好地指導(dǎo)業(yè)主投資。

參考文獻(xiàn)

[1] 王丹，孫昶輝.風(fēng)電場發(fā)電量計(jì)算的物理模型[J].中國電力，2011，44（1）：94-95.

[2] 王遠(yuǎn)，陸志良，郭同慶.基于線性模型的風(fēng)電場發(fā)電量計(jì)算與分析[J].南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，34（5）：657-659.endprint

摘 要：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電量的計(jì)算是風(fēng)電場性能評估的重要組成部分，而發(fā)電量的計(jì)算對風(fēng)電場性能優(yōu)化以及提高營運(yùn)效益具有非常重要作用。但是在實(shí)際的工作環(huán)節(jié)中，相關(guān)人員不能夠正確、合理計(jì)算風(fēng)電場的發(fā)電量，進(jìn)而導(dǎo)致各種問題的出現(xiàn)，致使風(fēng)電場工作效率得不到提升?；诖?，本文通過對線性模型的風(fēng)電場發(fā)電量計(jì)算進(jìn)行研究，以期能夠進(jìn)一步提升風(fēng)電場經(jīng)濟(jì)以及社會經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：線性模型 風(fēng)電場 發(fā)電量 計(jì)算

中圖分類號：TM611.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）09（b）-0095-02

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)電量計(jì)算是衡量風(fēng)力發(fā)電機(jī)組性能的重要指標(biāo)。由于風(fēng)能具有密度低、穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，所以在實(shí)際的工作中，很難確定風(fēng)機(jī)的發(fā)電量。對于已經(jīng)投產(chǎn)發(fā)電的風(fēng)電場來說，不同風(fēng)況下的發(fā)電量是存在差異。在發(fā)電機(jī)組停工或者降出力工作狀態(tài)下時，精準(zhǔn)計(jì)算風(fēng)電機(jī)發(fā)電量對提高風(fēng)電場安全運(yùn)作以及加強(qiáng)安全管理等具有重要的意義。目前，計(jì)算機(jī)風(fēng)電場發(fā)電量的方法有樣板機(jī)計(jì)算法、便準(zhǔn)曲線計(jì)算法以及擬合功率曲線計(jì)算法等。

1 樣板計(jì)算法分析

近年來，風(fēng)電監(jiān)察局相繼出臺風(fēng)電場風(fēng)力計(jì)算方法的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。風(fēng)電場棄風(fēng)電量是指受電網(wǎng)在傳輸通道以及安全運(yùn)行所必須的環(huán)境影響下，風(fēng)電場本可以發(fā)電而并沒有發(fā)出的電量，稱之為棄風(fēng)電量不包含風(fēng)電場由于風(fēng)機(jī)本身故障而導(dǎo)致不能發(fā)出的電量。在實(shí)際的工作中，所采用的計(jì)算電量的方法受到限制時，應(yīng)該采用樣板計(jì)算方法計(jì)算受阻的電量，即調(diào)度機(jī)構(gòu)在對風(fēng)電場進(jìn)行發(fā)電量控制時，應(yīng)該保持樣板機(jī)不受限制，并將其發(fā)電量作為同類型的風(fēng)機(jī)發(fā)電的理論基礎(chǔ)依據(jù)，同時減去風(fēng)電場棄風(fēng)受限電量的計(jì)算方法，其具體計(jì)算方法如下：

2 標(biāo)準(zhǔn)功率曲線計(jì)算方法

根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)曲線計(jì)算法的定義：風(fēng)電機(jī)組功率曲線是其輸出功率與每10分鐘平均風(fēng)速的變化之間的關(guān)系曲線圖。在對風(fēng)電機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，需要對風(fēng)力發(fā)電機(jī)的性能進(jìn)行準(zhǔn)確的評估預(yù)算，同時還應(yīng)該對風(fēng)電發(fā)電機(jī)的性能進(jìn)行模擬仿真，在這種情況下，得到的功率曲線被稱作為標(biāo)準(zhǔn)功率曲線，其中，風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)速與功率的關(guān)系如：

3 擬合功率曲線計(jì)算法

風(fēng)電場風(fēng)電機(jī)組在運(yùn)行的過程中，會受到海拔、氣溫、濕度、空氣質(zhì)量等因素的影響，在這個過程中，應(yīng)該應(yīng)用風(fēng)電機(jī)工作時的歷史數(shù)據(jù)對風(fēng)機(jī)工作功率進(jìn)行曲線擬合，使該風(fēng)機(jī)功率曲線能夠符合風(fēng)機(jī)工作運(yùn)行的特性。如：表1中風(fēng)電機(jī)組擬合功率曲線計(jì)算該風(fēng)場風(fēng)機(jī)實(shí)際功率與理論有功功率誤差。

在實(shí)際工作中，擬合功率曲線的誤差會低于標(biāo)準(zhǔn)功率曲線以及樣板機(jī)組計(jì)算法的誤差，其中，樣板計(jì)算法存在的誤差最大，如圖1。

4 線性模型的風(fēng)電場發(fā)電量模型分析

4.1 流體模型

對風(fēng)電場內(nèi)部大氣邊界層來說，在實(shí)際的計(jì)算過程中可以根據(jù)風(fēng)電場的物理特性將其簡化為無粘性外場以及粘性內(nèi)場。其中，靠近地表的內(nèi)場由于受地面粗糙程度的影響，流動較為復(fù)雜，而靠近地面的內(nèi)場又可以劃分為應(yīng)力層和近地層，雖然應(yīng)力層的剪應(yīng)力較小，但最大風(fēng)電機(jī)最大繞動速度還是發(fā)生在這一層；而近地層作為一薄層，層內(nèi)的剪應(yīng)力梯度變化的速度飛快，使風(fēng)電機(jī)的繞動速度取向與零。離地表較遠(yuǎn)的外場在實(shí)際的運(yùn)作中可以將其視為完全沒有粘度的位勢流，這就造很大程度上簡化了流場的計(jì)算。

圖2所示的是流過低山的流暢結(jié)構(gòu)圖，圖2中的各種物理量如下：W為大氣邊界層厚度；u0為平面地形上的基本流動，對數(shù)方程（5）對其進(jìn)行描述描述；l為內(nèi)場厚度，由式（6）確定；z=f（x，y）為障礙物形狀函數(shù)；h為障礙物高度；L為障礙物特征長度。

式中：z0為地面粗糙度系數(shù)；κ≈0.4，為馮·卡門常數(shù)；u*為表面摩擦速度，由來流雷諾數(shù)決定的常數(shù)。對一個典型例子，L=500 m，z0=0.1 m，則內(nèi)場高度l≈28 m。風(fēng)電場安裝的風(fēng)機(jī)輪轂離地面高度通常都高于50 m，因此，可以認(rèn)為風(fēng)機(jī)工作主要是在無粘外場。

4.2 尾流模型

對于大型的風(fēng)電場，在主風(fēng)向的位置會設(shè)置有多排風(fēng)機(jī)共同運(yùn)轉(zhuǎn)，這就使下游風(fēng)電機(jī)處于上游風(fēng)電機(jī)的尾流中[2]。尾流模型主要研究自由來流，尾流相應(yīng)發(fā)生變化的規(guī)律。主要采用經(jīng)修正過的Park模型，其是由著名學(xué)者Jensen早在1984年就提出的一種理想模型，其計(jì)算的原理可以總結(jié)為：首先，對風(fēng)電機(jī)的下游提出假設(shè)，尾流的變化是線性膨脹；然后，利用一維動量以及質(zhì)量守恒定律計(jì)算風(fēng)電機(jī)下游位置的速度。值得注意的是，Park模型在使用的過程中，只是針對尾流有效，其要求距離應(yīng)該不小于風(fēng)電機(jī)風(fēng)輪的直徑的2倍，風(fēng)電機(jī)主風(fēng)向的間距應(yīng)該大于風(fēng)電機(jī)風(fēng)輪直徑的5倍，垂直于主風(fēng)向的間距應(yīng)該不小于風(fēng)電機(jī)直徑的3倍。

風(fēng)電場下游風(fēng)機(jī)會受到上游風(fēng)機(jī)尾流的影響，所以在實(shí)際的操作過程中，應(yīng)該考慮尾流疊加的問題。如果，研究的風(fēng)電機(jī)的風(fēng)輪處于上游風(fēng)電機(jī)的尾流中，則風(fēng)電機(jī)的入流風(fēng)速就是真實(shí)的尾流速度；如果，研究的風(fēng)電機(jī)的風(fēng)輪只有一部分處于上游風(fēng)電機(jī)的尾流中，則風(fēng)電機(jī)流入的速度是尾流速度與自由來流速度的乘積。多排風(fēng)電機(jī)在風(fēng)電場中，風(fēng)機(jī)之間的距離應(yīng)該保持一致，使人們在計(jì)算下游風(fēng)機(jī)尾流是可以直接推算出上游風(fēng)機(jī)尾流的速度。

總而言之，隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對線性模型的風(fēng)電場發(fā)電量計(jì)算越來越注重。但在實(shí)際的工作中，不能夠科學(xué)、合理的計(jì)算風(fēng)電場的發(fā)電量，進(jìn)而導(dǎo)致風(fēng)電場的工作效率低下、管理水平不高以及計(jì)算方法不合理，唯有根據(jù)文中提到的幾種算法，才能夠合理的計(jì)算風(fēng)電場的應(yīng)發(fā)定量、實(shí)際發(fā)電量以及棄發(fā)電量，提高風(fēng)電場的發(fā)電量的計(jì)算精度和效益，從而較好地指導(dǎo)業(yè)主投資。

參考文獻(xiàn)

[1] 王丹，孫昶輝.風(fēng)電場發(fā)電量計(jì)算的物理模型[J].中國電力，2011，44（1）：94-95.

[2] 王遠(yuǎn)，陸志良，郭同慶.基于線性模型的風(fēng)電場發(fā)電量計(jì)算與分析[J].南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，34（5）：657-659.endprint

摘 要：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電量的計(jì)算是風(fēng)電場性能評估的重要組成部分，而發(fā)電量的計(jì)算對風(fēng)電場性能優(yōu)化以及提高營運(yùn)效益具有非常重要作用。但是在實(shí)際的工作環(huán)節(jié)中，相關(guān)人員不能夠正確、合理計(jì)算風(fēng)電場的發(fā)電量，進(jìn)而導(dǎo)致各種問題的出現(xiàn)，致使風(fēng)電場工作效率得不到提升?；诖?，本文通過對線性模型的風(fēng)電場發(fā)電量計(jì)算進(jìn)行研究，以期能夠進(jìn)一步提升風(fēng)電場經(jīng)濟(jì)以及社會經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：線性模型 風(fēng)電場 發(fā)電量 計(jì)算

中圖分類號：TM611.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）09（b）-0095-02

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)電量計(jì)算是衡量風(fēng)力發(fā)電機(jī)組性能的重要指標(biāo)。由于風(fēng)能具有密度低、穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，所以在實(shí)際的工作中，很難確定風(fēng)機(jī)的發(fā)電量。對于已經(jīng)投產(chǎn)發(fā)電的風(fēng)電場來說，不同風(fēng)況下的發(fā)電量是存在差異。在發(fā)電機(jī)組停工或者降出力工作狀態(tài)下時，精準(zhǔn)計(jì)算風(fēng)電機(jī)發(fā)電量對提高風(fēng)電場安全運(yùn)作以及加強(qiáng)安全管理等具有重要的意義。目前，計(jì)算機(jī)風(fēng)電場發(fā)電量的方法有樣板機(jī)計(jì)算法、便準(zhǔn)曲線計(jì)算法以及擬合功率曲線計(jì)算法等。

1 樣板計(jì)算法分析

近年來，風(fēng)電監(jiān)察局相繼出臺風(fēng)電場風(fēng)力計(jì)算方法的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。風(fēng)電場棄風(fēng)電量是指受電網(wǎng)在傳輸通道以及安全運(yùn)行所必須的環(huán)境影響下，風(fēng)電場本可以發(fā)電而并沒有發(fā)出的電量，稱之為棄風(fēng)電量不包含風(fēng)電場由于風(fēng)機(jī)本身故障而導(dǎo)致不能發(fā)出的電量。在實(shí)際的工作中，所采用的計(jì)算電量的方法受到限制時，應(yīng)該采用樣板計(jì)算方法計(jì)算受阻的電量，即調(diào)度機(jī)構(gòu)在對風(fēng)電場進(jìn)行發(fā)電量控制時，應(yīng)該保持樣板機(jī)不受限制，并將其發(fā)電量作為同類型的風(fēng)機(jī)發(fā)電的理論基礎(chǔ)依據(jù)，同時減去風(fēng)電場棄風(fēng)受限電量的計(jì)算方法，其具體計(jì)算方法如下：

2 標(biāo)準(zhǔn)功率曲線計(jì)算方法

根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)曲線計(jì)算法的定義：風(fēng)電機(jī)組功率曲線是其輸出功率與每10分鐘平均風(fēng)速的變化之間的關(guān)系曲線圖。在對風(fēng)電機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，需要對風(fēng)力發(fā)電機(jī)的性能進(jìn)行準(zhǔn)確的評估預(yù)算，同時還應(yīng)該對風(fēng)電發(fā)電機(jī)的性能進(jìn)行模擬仿真，在這種情況下，得到的功率曲線被稱作為標(biāo)準(zhǔn)功率曲線，其中，風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)速與功率的關(guān)系如：

3 擬合功率曲線計(jì)算法

風(fēng)電場風(fēng)電機(jī)組在運(yùn)行的過程中，會受到海拔、氣溫、濕度、空氣質(zhì)量等因素的影響，在這個過程中，應(yīng)該應(yīng)用風(fēng)電機(jī)工作時的歷史數(shù)據(jù)對風(fēng)機(jī)工作功率進(jìn)行曲線擬合，使該風(fēng)機(jī)功率曲線能夠符合風(fēng)機(jī)工作運(yùn)行的特性。如：表1中風(fēng)電機(jī)組擬合功率曲線計(jì)算該風(fēng)場風(fēng)機(jī)實(shí)際功率與理論有功功率誤差。

在實(shí)際工作中，擬合功率曲線的誤差會低于標(biāo)準(zhǔn)功率曲線以及樣板機(jī)組計(jì)算法的誤差，其中，樣板計(jì)算法存在的誤差最大，如圖1。

4 線性模型的風(fēng)電場發(fā)電量模型分析

4.1 流體模型

對風(fēng)電場內(nèi)部大氣邊界層來說，在實(shí)際的計(jì)算過程中可以根據(jù)風(fēng)電場的物理特性將其簡化為無粘性外場以及粘性內(nèi)場。其中，靠近地表的內(nèi)場由于受地面粗糙程度的影響，流動較為復(fù)雜，而靠近地面的內(nèi)場又可以劃分為應(yīng)力層和近地層，雖然應(yīng)力層的剪應(yīng)力較小，但最大風(fēng)電機(jī)最大繞動速度還是發(fā)生在這一層；而近地層作為一薄層，層內(nèi)的剪應(yīng)力梯度變化的速度飛快，使風(fēng)電機(jī)的繞動速度取向與零。離地表較遠(yuǎn)的外場在實(shí)際的運(yùn)作中可以將其視為完全沒有粘度的位勢流，這就造很大程度上簡化了流場的計(jì)算。

圖2所示的是流過低山的流暢結(jié)構(gòu)圖，圖2中的各種物理量如下：W為大氣邊界層厚度；u0為平面地形上的基本流動，對數(shù)方程（5）對其進(jìn)行描述描述；l為內(nèi)場厚度，由式（6）確定；z=f（x，y）為障礙物形狀函數(shù)；h為障礙物高度；L為障礙物特征長度。

式中：z0為地面粗糙度系數(shù)；κ≈0.4，為馮·卡門常數(shù)；u*為表面摩擦速度，由來流雷諾數(shù)決定的常數(shù)。對一個典型例子，L=500 m，z0=0.1 m，則內(nèi)場高度l≈28 m。風(fēng)電場安裝的風(fēng)機(jī)輪轂離地面高度通常都高于50 m，因此，可以認(rèn)為風(fēng)機(jī)工作主要是在無粘外場。

4.2 尾流模型

對于大型的風(fēng)電場，在主風(fēng)向的位置會設(shè)置有多排風(fēng)機(jī)共同運(yùn)轉(zhuǎn)，這就使下游風(fēng)電機(jī)處于上游風(fēng)電機(jī)的尾流中[2]。尾流模型主要研究自由來流，尾流相應(yīng)發(fā)生變化的規(guī)律。主要采用經(jīng)修正過的Park模型，其是由著名學(xué)者Jensen早在1984年就提出的一種理想模型，其計(jì)算的原理可以總結(jié)為：首先，對風(fēng)電機(jī)的下游提出假設(shè)，尾流的變化是線性膨脹；然后，利用一維動量以及質(zhì)量守恒定律計(jì)算風(fēng)電機(jī)下游位置的速度。值得注意的是，Park模型在使用的過程中，只是針對尾流有效，其要求距離應(yīng)該不小于風(fēng)電機(jī)風(fēng)輪的直徑的2倍，風(fēng)電機(jī)主風(fēng)向的間距應(yīng)該大于風(fēng)電機(jī)風(fēng)輪直徑的5倍，垂直于主風(fēng)向的間距應(yīng)該不小于風(fēng)電機(jī)直徑的3倍。

風(fēng)電場下游風(fēng)機(jī)會受到上游風(fēng)機(jī)尾流的影響，所以在實(shí)際的操作過程中，應(yīng)該考慮尾流疊加的問題。如果，研究的風(fēng)電機(jī)的風(fēng)輪處于上游風(fēng)電機(jī)的尾流中，則風(fēng)電機(jī)的入流風(fēng)速就是真實(shí)的尾流速度；如果，研究的風(fēng)電機(jī)的風(fēng)輪只有一部分處于上游風(fēng)電機(jī)的尾流中，則風(fēng)電機(jī)流入的速度是尾流速度與自由來流速度的乘積。多排風(fēng)電機(jī)在風(fēng)電場中，風(fēng)機(jī)之間的距離應(yīng)該保持一致，使人們在計(jì)算下游風(fēng)機(jī)尾流是可以直接推算出上游風(fēng)機(jī)尾流的速度。

總而言之，隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對線性模型的風(fēng)電場發(fā)電量計(jì)算越來越注重。但在實(shí)際的工作中，不能夠科學(xué)、合理的計(jì)算風(fēng)電場的發(fā)電量，進(jìn)而導(dǎo)致風(fēng)電場的工作效率低下、管理水平不高以及計(jì)算方法不合理，唯有根據(jù)文中提到的幾種算法，才能夠合理的計(jì)算風(fēng)電場的應(yīng)發(fā)定量、實(shí)際發(fā)電量以及棄發(fā)電量，提高風(fēng)電場的發(fā)電量的計(jì)算精度和效益，從而較好地指導(dǎo)業(yè)主投資。

參考文獻(xiàn)

[1] 王丹，孫昶輝.風(fēng)電場發(fā)電量計(jì)算的物理模型[J].中國電力，2011，44（1）：94-95.

[2] 王遠(yuǎn)，陸志良，郭同慶.基于線性模型的風(fēng)電場發(fā)電量計(jì)算與分析[J].南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，34（5）：657-659.endprint