[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

本發明公開了一種考慮尾流效應的風電場布局優化方法，獲取計及尾流效應時風電場中各風電機輸入風速，結合構建的發電量之和模型和成本之和模型，構建目標函數，根據預設的與各風電機數量所對應的風電機排布方案，基于遺傳算法，應用目標函數獲取目標函數值最小的風電機排布方案，將其作為風電場中最優的風電場排布方案。本發明提供的方法簡單準確，解決了多重尾流效應下風電場布局的問題。

技術領域

本發明涉及風電領域，具體涉及一種考慮尾流效應的風電場布局優化方法。

背景技術

在現代風電場的設計規劃中，往往將幾十臺風電機組依照一定規律排列。當間距和排列方式不合理時，尾流效應就會大大影響發電效率。風輪后尾流區的產生，是由于氣流通過上游的風電機風輪后湍流強度會增加、風速會降低。尾流區的尾流效應主要從兩個方面影響風電機組：首先是尾流區風速降低會造成尾流區內風電機組發電量損失。其次是湍流強度的增加，其影響風電機組的疲勞載荷和氣動性能。國外研究表明，完全工作在尾流環境中的風電機組效率損失最高能達10％～20％。因此，開展風電場尾流計算方法的研究繼而優化風電機排布方式，實現風電機效率最大化具有重要的學術價值和經濟效益。

發明內容

發明目的：本發明的目的是提供解決多重尾流效應下風電場布局問題的一種新的優化方法。

技術方案：本發明提供的一種考慮尾流效應的風電場布局優化方法，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。

作為本發明的一種優選方案，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。

作為本發明的一種優選方案，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；