偏航未对准致动盘诱导、推力与功率的建模

风电场集体流动控制通过将风机以个体次优策略运行以使风场整体受益,已展现出减少尾流相互作用并提高风场发电量的潜力。然而,用于流动控制的现有尾流模型常采用简化的经验表达式估算偏航未对准风机的推力和功率,这些表达式需要昂贵的标定数据且无法在不同风机模型间准确外推。偏航风机的推力、尾流速度亏损、尾流偏转和功率取决于其诱导速度。在此,我们推广经典的一维动量理论以建模偏航未对准致动盘的诱导。我们推导了诱导、推力、初始尾流速度与功率关于偏航角和推力系数的解析表达式。该解析模型通过对偏航致动盘的大涡模拟得到验证。由于诱导取决于偏航和推力系数,偏航致动盘产生的功率将始终大于$\cos^3(\gamma)$模型所给出的值,其中$\gamma$为偏航角。偏航造成的功率损失取决于推力系数。我们推导并验证了使功率最大化的推力系数关于偏航角的解析表达式。最后,将所发展的诱导模型作为湍流远尾流模型的初始条件,我们展示了由于诱导对推力系数和偏航角的联合依赖,相较于独立的尾流转向或诱导控制,结合尾流转向与推力(诱导)控制可提高阵列功率。