[發明專利]平坦地形風機規則布置優化方法

有效

• 申請號: 201110180405.4
• 申請日: 2011-06-30
• 公開（公告）號: CN102235313A
• 公開（公告）日: 2011-11-09
• 發明（設計）人: 蘇婧;姜世平;彭懷午;孫立新;孫少軍;杜燕軍
• 申請（專利權）人: 內蒙古電力勘測設計院
• 主分類號: F03D9/00
• 分類號: F03D9/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于風力發電場設計技術領域，尤其涉及一種平坦地形風機規劃布置優化方法。

背景技術

平坦地形一般定義為在風電場區及周圍5km半徑范圍內其地形高度差小于50m，同時地形最大坡度小于3°的地形，實際上，對于周圍特別是場址盛行風的上(來)風方向，沒有大的山丘或懸崖之類的地形，仍可作為平坦地形來處理。

在風電場規劃和建設過程中，風電機組位置排列是非常重要的環節。風電機組位置排列(即風電機組布置)主要有兩個基本目的，一是優化電量，主要是充分利用風電場的風能資源；另一個是降低風險，主要是降低由地形或風機間的相互干擾產生的尾流、湍流影響以及避開其他影響風機運行的不安全因素。在對位于平坦地形的風電場進行布置時，一般采用行列或梅花型規則布置，且各行列間的間距相等，采用行列或梅花型布置時，一般建議在平行于主導風向上不超過3排，但實際工作中，由于受風電場自身形狀范圍限制，常常需要在平行于主導風向上布置3排以上的風機，這常常導致風機中部及下風向的風機尾流過大。所謂的尾流或尾流影響是指風經過風電機組后將部分動能轉化為機械能，再轉化為電能，從而使風速降低，對后面的風電機組發電量產生影響，即尾流影響。由于尾流的影響，坐落在下風向的風電機組的風速將低于坐落在上風向的風電機組風速，一般稱之為尾流效應(Wake?effects)，如圖2所示，風電機組安裝在X＝0處，X為沿風速方向距風電機組安裝點的距離；R為風電機組葉片半徑；RW為X點處的尾流半徑；V₀和V_X分別為吹向和離開風電機組的風速。產生尾流效應的原因是風電機組吸收了風中部分能量，造成離開風電機組的風速下降，并且風電機組相距越近，前面的風電機組對后面的風電機組風速的影響越大。美國加州風電場的運行經驗表明，尾流造成的能量損失的典型值是10％。為充分利用風能資源和發揮規模效益，大型風電場通常有幾十臺到數百臺風電機組，受場地和其他條件限制這些風電機組又不能相距太遠。因此在風電場規劃設計以及確定風電場輸出功率時必須考慮尾流效應。

現階段對于平坦地形的風電場，風電機組排列布置的原則如下：

(1)根據風電場風向玫瑰圖和風能玫瑰圖顯示的盛行風向、年平均風速等條件，確定主導風向，機組排列應與主導風向垂直。

(2)對平坦、開闊的場址，可單排或多排布置風電機組，多排布置時應盡量呈“梅花形”排列，以減少風電機組之間尾流的影響。

(3)盛行風向基本不變的風場，采用“梅花形”布置，在盛行風向上機組間距5～9倍風輪直徑，垂直盛行風向上機組間距3～5倍風輪直徑。

(4)盛行風向不是一個方向的風場，采用對行排列布置和“梅花形”布置。

這種布置方法容易導致位于排列中部及下風向的風機尾流過大(如圖1所示，其中箭頭所示為上風向，圓圈表示風電機組，方框表示風場范圍，不規則六邊形表示尾流影響較高區域)，影響風機運行并降低發電量。

常見的尾流效應數學模型有Jensen模型和Lissaman模型，前者較好地模擬了平坦地形尾流效應，而后者更適用于模擬復雜地形。Jensen模型由丹麥里索(Riso)實驗室的N.O.Jensen提出，其數學表達式為：

VX=V0[1-(1-1-CT)(RR+KX)2]]]>

V_X是C_T的函數，所以尾流效應與風電機組的空氣動力特性有關。式中，C_T為風電機組推力系數，與風速和風電機組結構有關；K為尾流下降系數，與風的湍流強度成正比。其中：