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基于高斯分布的风电场尾流效应计算模型
基于高斯分布的风电场尾流效应计算模型
摘要：
风电场尾流效应是指风力涡旋及涡腾现象在风电场内的传播和相互作用。尾流效应对风电场发电效率、风机寿命和布局设计等都有着重要影响。本文基于高斯分布，建立了一种风电场尾流效应的计算模型，通过分析尾流速度和尾流湍流强度的分布特点，提出了一种新的风机布局优化方法。通过数值模拟和实地试验的比对，验证了模型的准确性和可行性。
1.引言
随着可再生能源的发展，风电场规模和数量逐渐增加。尾流效应成为了风电场设计和运营中不容忽视的问题。尾流效应指的是在风力涡旋和涡腾现象发生时，风机后方会出现低速区域和湍流强度增加现象。这些现象会导致后续风机受限发电、运行寿命减少、振动加剧等问题。
2.高斯分布模型的建立
根据流体力学理论和实地观测数据，我们发现尾流效应在风电场内的传播和衰减符合高斯分布。因此，我们提出采用高斯分布模型来描述尾流效应的分布特性。首先，我们通过风机布局和环境条件等参数，计算出每个风机处的尾流速度和湍流强度。然后，根据高斯分布函数，推导出尾流速度和湍流强度在整个风电场内的分布模型。最后，我们利用数值模拟方法，将模型与实际观测数据进行对比，得出模型的准确性和可靠性。
3.风机布局优化方法
基于高斯分布模型，我们提出了一种新的风机布局优化方法。通过控制风机之间的距离和角度，我们可以最大限度地降低尾流效应对后续风机的影响。具体而言，我们可以根据高斯分布的标准差和均值，确定合适的风机间隔。此外，我们还可以调整风机之间的角度，使得尾流效应在风机间的传播距离最小化。通过这种优化方法，我们可以提高风电场的发电效率和风机的使用寿命。
4.数值模拟和实地试验
为了验证模型的准确性和可行性，我们进行了数值模拟和实地试验。首先，我们利用计算流体力学软件对一个实际风电场进行数值模拟。通过与实际观测数据的对比，我们发现模拟结果与实际情况吻合度较高，证明了模型的准确性。接着，我们选取了风电场内的几个典型位置，在实地试验中测量了尾流速度和湍流强度。实地试验结果与模型预测结果吻合度较高，进一步验证了模型的可靠性。
5.结论
本文建立了一种基于高斯分布的风电场尾流效应计算模型，并提出了一种新的风机布局优化方法。通过数值模拟和实地试验的验证，我们证明了模型的准确性和可行性。这种模型和方法可以为风电场的规划和设计提供理论依据，提高风电场的发电效率和风机的使用寿命。
参考文献：
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