风通过上游风轮向下游传播的途径及影响如图4-4所示，风力机安装在0处，X是风轮下游某点到风轮平面的轴向距离，R为风轮半径，风轮所扫掠的面积为Arot。完全遮挡时风轮的重叠面积Ashad等于X处下游风力机的风轮面积Arot。为了定量分析风电场尾流效应对风电场输出功率的影响，定义尾流系数cwake为式中，Pwake为考虑风电场尾流影响时风电场输出功率；Pwithout_wake为不考虑风电场尾流影响时风电场输出功率。......
2023-06-28
风力机尾流影响的边界问题
【摘要】：功率为1.5MW的风电机组风轮轴向推力系数CT如图4-12所示[14]，可查询不同风速时风电机组的CT，根据求出不同风速时风力机轴向速度诱导因子a，进一步确定尾流速度和尾流半径。因此，只需要对风力机远尾流区内尾流影响半径和尾流速度分布进行计算，研究风力机尾流影响。由以上分析可以得出，风轮直径为70m的风电机组尾流影响边界如下：1）若两台风力机串列布置时，风轮轴间距离大于等于16倍风轮直径。
功率为1.5MW的风电机组风轮轴向推力系数CT如图4-12所示[14]，可查询不同风速时风电机组的CT，根据
求出不同风速时风力机轴向速度诱导因子a，进一步确定尾流速度和尾流半径。
图4-12 风电机组风轮轴向的推力系数CT的变化曲线
在Matlab仿真平台上建立AV尾流模型仿真计算，得出尾流区域Ⅰ和Ⅱ的尾流长度分别为风轮直径的2倍和3倍左右；而风电场内相邻风电机组间距离一般为风轮直径的5倍以上。因此，只需要对风力机远尾流区内尾流影响半径和尾流速度分布进行计算，研究风力机尾流影响。
由于在风力机功率计算公式中，输入风速是指风电机组轮毂高度处风速[5，11]，因此下面研究轮毂高度处（r=0）风速。取风力机输入风速分别为6m/s、10m/s、15m/s，在Matlab平台上进行仿真计算，由式（4-24）、式（4-21）得到风力机尾流区域内尾流速度恢复率δ和尾流半径r3的变化如图4-13所示。图中，D为风轮直径，X为风轮下游某点到风轮平面的轴向距离。
从图4-13a中可以看出，远尾流区域内，在周围气流作用下，风速会逐渐恢复；风速的恢复值与离开风力机的距离有关，离风力机距离越远，风力机尾流区域内旋转轴上风速恢复率越大；并且与风力机的输入风速和推力系数有关。当X/D=16，风速分别为6m/s、10m/s、15m/s时，风力机尾流区域内旋转轴上风速恢复率已分别达到96%、97%和98.6%，尾流效应影响较小。因此，在风电场内，若两台风力机串列布置（串列布置是指下游风力机风轮旋转轴线与上游风力机风轮旋转轴线重合），风轮轴间距离大于等于16倍风轮直径时，可以忽略上游风力机对下游风力机尾流效应的影响。
图4-13 风力机尾流区域内旋转轴上风速恢复率δ和尾流半径r3的变化曲线
从图4-13b中可以看出，远尾流区域内，风力机的尾流半径与离开风力机的距离有关，离风力机距离越远，尾流半径越大；并且与风力机的输入风速和推力系数有关。当X/D=16，风速分别为6m/s、10m/s、15m/s时，风力机尾流半径分别为风轮半径的3.92、3.778和3.685倍。因此，在风电场内，若两台风力机并列布置（并列布置是指下游风力机风轮旋转轴线与上游风力机风轮旋转轴线平行），风轮轴间距离大于等于2.5倍风轮直径时，可以忽略上游风力机对下游风力机尾流效应的影响。
由以上分析可以得出，风轮直径为70m的风电机组尾流影响边界如下：
1）若两台风力机串列布置时，风轮轴间距离大于等于16倍风轮直径。
2）若两台风力机并列布置时，风轮轴间距离大于等于2.5倍风轮直径。
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2023-06-28
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