全国范围内,复杂地形风电场开发面积占比不断增大,其内部流场分布受大气环境、机组运行特性及地形因素耦合影响,速度分布存在严重的时空不均匀性。流场和地形之间的这种不确定关系对风电场功率预测提出了挑战。针对这一问题,本论文对复杂地形风电机组尾流特性、地形尾流耦合作用下风电机组风功率变化规律等关键问题开展了理论及风电场实验研究,提出了一种基于风电场流场分析的复杂地形风功率预测方法。本文的主要创新工作如下:提出了考虑风切变的风电机组三维尾流模型并分析了复杂地形尾流特性。基于Jensen模型,考虑风切变效应并结合高斯分布的特点,利用曲线旋转的思想,提出了一种预测垂直高度平面风速分布的尾流模型,并采用两台不同类型的高精度多普勒激光雷达开展了现场实验,对实测数据与尾流模型预测风速进行了对比分析;与此同时,进行了复杂地形风电场尾流特性实验研究。结果显示,由于受到来流风切变效应影响,尾流区垂直高度平面风速分布呈现非对称分布特点;考虑风切变效应的尾流模型较好地预测了尾流区垂直高度风速分布特点;新提出的尾流模型对于复杂地形风电场功率预测以及微观选址具有一定的参考价值;尾流中心向上风速逐渐增加,向下由于受到塔影效应以及地面摩擦影响,呈现先增加后减小趋势;尾流中心随着下风向海拔落差而出现下沉现象,并且尾流中心下沉的高度与海拔落差近似呈线性关系;尾流区湍流强度越大,尾流恢复速率越快,而尾流区湍流强度由来流风湍流强度以及风力机轴向推力系数综合决定。理论推导了 3D Jensen_Gaussian尾流模型及混合尾流效应下风力机风速计算方法。分别推导了不考虑和考虑风切变的3D Jensen_Gaussian尾流模型,为尾流三维分布特性的分析奠定了理论基础;考虑相邻风力机轮毂高度、叶轮直径、控制性能等的差异,提出了上游风力机与下游风力机相对距离计算方法、下游风力机是否处于上游风力机尾流之中的判定标准、单风力机轮毂中心风速计算方法、单风力机来流风速计算方法,并在单尾流效应下风力机风速计算基础上,采用平方和模型分析尾流叠加效应,计算了风力机在混合尾流区的风速,为混合尾流效应的分析和偏航控制策略的提出提供了理论支撑。通过激光雷达测量数据和SCADA数据,研究了平坦地形风电场风力机尾流干扰规律及其对风力机功率的影响。选取平坦地形代表性风电机组开展研究,给出了平坦地形不同叶轮直径风力机尾流分布特性,分别进行了相同和不同叶轮直径风力机尾流干扰规律研究,并分析了尾流干扰对风力机输出功率的影响。结果显示,风电机组尾流特性与叶轮直径密切相关,叶轮直径越大,尾流宽度越小,尾流深度和速度损失越大,尾流消散越慢,尾流效应越明显;上游风力机的尾流会加剧下游风力机的尾流,这反映在更宽的尾流宽度、更大的速度损失和深度上;靠近下游风力机的上游风力机的尾流也会受到影响,这反映在当尾流接近下游风力机时,尾流宽度、深度和速度损失会突然增加;当来流风速改变时,尾流效应对发电功率的影响程度不同,功率损失随着风速的降低而急剧增加;较大直径风力机的尾流即使在较远距离处也会造成很大的功率损失,大型风力机的尾流效应需引起重视。进行了基于流场分析的风力机偏航控制策略研究。给出了处于风场不同位置处的机组周围流场特性,根据尾流偏移原理,分析了不同偏航角度下两台风力机总功率的变化情况,并在传统重启对风功能基础上,给出了考虑尾流效应的风力机偏航控制策略及具体执行流程。结果表明,风力机串列布置时,随着上游风力机偏航角度增大,上游风力机风能利用系数不断下降,输出功率不断下降;尾流偏移量随偏航角度先增大后减小,下游风力机输出功率相应地先增大后减小,故偏航角度不应过大,最佳偏航角度约25°～30°;基于流场分析的风力机偏航控制策略可以在一定程度上提升风电机组的整体功率输出,增幅可达13.5%。提出了基于机器学习的“定制化”复杂地形风电场风功率预测方法。实例分析表明,在地形效应和尾流效应的双重影响下,不同地形条件下风力机风速和机组发电量差别巨大,风电场风功率输出存在较大不确定性,基于此,提出了基于深度学习的“定制化”风电场风功率预测方法。该方法首先在空间维度上,计及风场风况测量数值,采用LS-SVR模型进行了风场风况分布预测,建立了测风点到具体风力机位置间的空间数据挖掘模型,进而将整个风场的风功率预测问题分解为具体风力机的风功率预测;然后,在时间维度上,利用P-SVR模型进行了风功率的多步预测,避免了迭代累计误差,提高了多步预测精度;实验结果显示,该方法在预测精度、预测时间及模型效率等方面取得了较大提升。本文的研究成果对于提高复杂地形风电场风功率预测精度和风电机组运行效率等具有重要意义,在一定程度上促进了风电行业的发展。