[發明專利]一種考慮尾流效應的風電場布局優化方法

在審

• 申請號: 202110322312.4
• 申請日: 2021-03-25
• 公開（公告）號: CN112949087A
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發明（設計）人: 朱瑛;金郭;衛志農;孫國強;臧海祥
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06Q10/04;G06Q50/06
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 田凌濤

1.一種考慮尾流效應的風電場布局優化方法，其特征在于，用于獲取目標風電場中風電機的最優排布方案，目標風電場為地形平坦的正方形區域，且目標風電場中的各風電機的風輪尺寸彼此相等，各風電機的發電效率η彼此相等；方法包括如下步驟：

步驟1：基于吹入目標風電場中的自然風速v、風電機的數量N，以及各個風電機的發電效率η，構建目標風電場中各風電機在預設時間段T內的發電量之和模型p_total(v,N,η,T)；

基于風電機的數量N，構建各個風電機的成本之和模型cost(N)；

將各個風電機的成本之和模型cost(N)和各個風電機在預設時間段T內的發電量之和模型p_total(v,N,η,T)的比作為目標函數；

步驟2：以風電場的大小和風電機安裝的最小間距為約束條件，獲取一組風電機數量，進而獲取一組與各風電機數量相對應的預設風電機排布方案；

步驟3：采集吹入目標風電場中的自然風速v，根據各個風電機排布方案，基于遺傳算法，應用目標函數獲取與各個風電機排布方案所對應的目標函數值，將目標函數值最小的風電機排布方案作為目標風電場中風電機的最優排布方案。

2.根據權利要求1所述的考慮尾流效應的風電場布局優化方法，其特征在于，在步驟1中，所述目標風電場中各風電機在預設時間段T內的發電量之和模型p_total(v,N,η,T)為：

其中，r為風電機的風輪半徑，ρ為風電機所處區域的空氣密度，v_i為第i個風電機的輸入風速，i＝1,2...N；v為不考慮尾流影響時風電機i的輸入風速；各風電機的風輪所在平面與吹入目標風電場中的自然風的風向相垂至，β_ki為風電機i的上游的第k個風電機在風電機i處的投影面積A_sh與風電機i的風輪外周構成的圓形區域面積的比值，所述第k個風電機在風電機i處的投影為：風電機i的上游的第k個風電機的各風輪外周構成的圓形區域沿著吹入目標風電場中的自然風的風向在風電機i的風輪所在平面的垂直投影；v_w-ki為第k個風電機的尾流區在第i個風電機處的風速。

3.根據權利要求2所述的考慮尾流效應的風電場布局優化方法，其特征在于，在步驟2中，構建的風電機排布模型為：

目標風電場中電機的數量N的算數平方根為n，n為整數；

將目標風電場等分為n行n列，進而獲取n×n個面積相等的正方形子區域，各風電機與各正方向子區域一一對應設置，各風電機分別位于對應正方形子區域的中心點處；各風電機的風輪所在平面與吹入目標風電場中的自然風的風向相垂直。

4.根據權利要求3所述的考慮尾流效應的風電場布局優化方法，其特征在于，各風電機的風輪中心位于同一水平面上，風電機i的上游的第k個風電機在風電機i處的投影面積A_sh的方法包括如下步驟：

步驟A：獲取風電機i的上游的第k個風電機的風輪中心和風電機i的風輪中心的距離d，風電機i的上游的第k個風電機的風輪中心距離該兩個風電機的投影交接處的水平距離d₁；

步驟B：若d₁滿足條件：R₃d₁R₃+R，根據如下公式：

獲取風電機i的上游的第k個風電機在風電機i處的投影面積A_sh；

其中，R₃為風電機i的上游的第k個風電機的風輪半徑，R為風電機i的風輪半徑，Z為該兩個風電機中任一風電機的風輪中心距離該兩個風電機的投影交接處的垂直距離；

若d₁滿足條件：R₃-Rd₁R₃，根據如下公式：

獲取風電機i的上游的第k個風電機在風電機i處的投影面積A_sh。