[發明專利]一種風電場發電量評估及微觀選址模型建立方法

在審

• 申請號: 202110045045.0
• 申請日: 2021-01-13
• 公開（公告）號: CN112818590A
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: 易侃;張皓;張子良;王浩
• 申請（專利權）人: 中國長江三峽集團有限公司
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06N3/08;G06Q50/06;G06F111/06
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 余山

一種風電場發電量評估及微觀選址模型建立方法，它包括：步驟1：收集風電場運行案例及相關數據信息,建立包含一定范圍的空間網格，步驟2：將單個風力發電機作為樣本并根據劃分的空間網格建立對應的風機排布矩陣，將各風機的位置在矩陣中通過不同的數字標簽進行區分，步驟3：確定輸入輸出樣本集，采用訓練樣本集對機器學習模型進行迭代訓練，訓練完成后采用測試數據集進行模型測試，步驟4：將訓練好的機器學習模型作為風電場發電量評估及微觀選址模型，對待估計風機處相應的發電量進行計算等步驟；本發明的目的是為了解決現有的計算流體動力學模型計算量大、計算耗費時間長，難以滿足工程應用要求的技術問題。

技術領域

本發明涉及新能源發電領域，具體涉及一種風電場發電量評估及微觀選址模型建立方法，可應用于海上風電場或平坦地形風電場的前期規劃、發電量計算、經濟效益評價、機組排布優化等工作中。

背景技術

在風電場開發的規劃設計中，微觀選址是其中十分重要的環節，影響著整個風電場的發電效益。合理的微觀選址方案需要對風電場規劃區域內對不同位置的風力發電機預期發電量進行準確的評估，在此基礎上對整個風力發電機組進行優化排布從而達到整場發電效益的最優。對于海上風電場和平坦地形風電場，由于下墊面地勢平坦，風電場規劃區域內的自由來流在空間分布上較為均一，可通過在風電場內建立測風塔或放置其它觀測設備進行觀測獲得場區內的風能資源情況。因此，對風機間的尾流相互作用進行準確評估成為了決定風電場微觀選址和發電量評估計算合理性的最重要因素。

目前而言，風電場尾流評估模型主要包含計算流體動力學(CFD)模型及解析模型。其中，CFD模型通過對控制風場流場的三維納維斯托克斯方程進行數值求解，能夠獲得流場內精確地流動細節，因此對風場尾流的模擬能夠獲得較為準確的結果。

申請公布號為CN109086534A的專利文獻公開了一種基于CFD的風電場尾流訂正方法和系統，采用風向旋轉模型計算風場尾流流場，同時考慮了各個風向的風頻進行加權，使得尾流區域更加符合真實流場。然而，由于采用了精細的網格來解決邊界層問題，對一個包含多臺風機的風電場直接進行CFD模擬對計算機的硬件要求較高，而且其計算耗費的巨大時間成本往往是工程應用上所不能接受的。解析模型是目前海上風電場或平坦地形風電場微觀選址階段使用最多的尾流評估方法，其在推導時通常假定尾流區的速度滿足自相似性，尾流區截面上的速度分布一般呈均一分布或是高斯分布，速度損失最大值由風電機組推力系數決定。例如最為廣泛應用的Jensen模型，其假設尾流區呈線性擴張，尾流區速度僅與下游距離相關，風速在徑向呈常數分布。尾流區的膨脹速度則與大氣湍流、尾流區內剪切層產生的附加湍流以及機組自身產生的機械湍流有關。

另外，申請公布號為CN109376389A的專利文獻公開了一種基于2D_k Jensen模型的三維尾流數值模擬方法，它在Jensen模型的基礎上，綜合考慮風速和湍流強度在垂直高度的分布特性及其對尾流的影響，提出了一種新型的三維尾流模型。工程尾流模型結構簡單、計算代價較小，但是模型的計算精度嚴重依賴模型中經驗參數在不同工況下的調整，此外模型推導過程中采用了大量假設和簡化，這使得模型無法準確地反映風電場尾流影響的復雜特性，導致發電量計算結果存在較大的不確定性。

隨著風電的不斷發展，越來越多的風電場建成并投入運行，有效地利用已建成的風電場實際運行數據進行建模分析，能夠有效地解決現有建模方法中存在的諸多不足，對后續的風電場開發具有重要的指導和應用價值。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有的計算流體動力學模型計算量大、計算耗費時間長，難以滿足工程應用的要求，且解析模型精確度嚴重依賴經驗參數選取，推導過程需要運用大量假設，計算結果存在較大不確定性，這樣會影響風電場發電評估及微觀選址效率及準確度的技術問題。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：

一種風電場發電量評估及微觀選址模型建立方法，它包括以下步驟：

步驟1：收集風電場運行案例及相關數據信息；