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风电场湍流强度对风电机组的影响分析

0 环境和环境条件的影响

由于可净能源的概念，它受到了世界各国的高度重视。

湍流强度对现有大型风电机组的载荷计算的影响需要深入探讨。为保证风电机组的安全性和长期稳定可靠运行, 风电机组的设计需要考虑运行环境和电力环境的影响, 这些影响主要体现在载荷、寿命和正常工作等几个方面。环境条件可分为正常外部条件和极端外部条件, 其中正常外部条件涉及长期疲劳载荷和运行状态, 而极端外部条件 (如湍流工况等) 出现机会很少, 但它是潜在的临界外部设计条件。在不同湍流强度下, 风电机组载荷的设计应作相应的调整。

有不少学者对如何减小风电机组的载荷, 提高风电机组性能进行了相关的研究, 但针对湍流强度对风电机组载荷和性能的影响的研究还很少见

本文分析湍流强度对大型风电机组的影响, 以变速变桨控制的1 650 k W风电机组为例, 进行了仿真计算, 对比分析了湍流强度特征值I

1 风电场的强度

湍流对风电机组性能和寿命有直接影响, 因此湍流强度是风电场选址的重要指标之一。当湍流强度大时, 会减少输出功率, 增加风电机组的疲劳载荷, 还可能引起极端荷载, 最终造成风电机组损坏。

1.1 大气湍流的运动特性

IEC61400-1风电机组安全等级标准引出了风场湍流强度这一重要参数。湍流强度是描述风速随时间和空间变化的程度, 反映脉动风速的相对强度, 是描述大气湍流运动特性的最重要的特征量。湍流强度定义为脉动风速均方根值与平均风速之比, 即:

式中:u, v, w——分别为纵向、横向和竖向3个正交方向上的瞬时风速分量;u′, v′, w′——分别为对应的3个正交方向上的脉动风速分量;V——风速。

3个正交方向上的瞬时风速分量的湍流强度分别定义为:

湍流强度与离地高度和地表面粗糙度有关, 也受地貌特征的影响, 如高地、山脉以及位于上风向的树和建筑物等。