[發明專利]一種基于風力機尾流模型優化的風電場優化調度方法及系統

有效

• 申請號: 202111501825.8
• 申請日: 2021-12-09
• 公開（公告）號: CN114169614B
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發明（設計）人: 程瑜;郭辰;張立英;邵振州;張慶;張國;曾利華;李家川;蔣河川;萬月
• 申請（專利權）人: 中國華能集團清潔能源技術研究院有限公司
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q50/06;G06F30/27;F03D7/00;G06F111/06;G06F113/06;G06F113/08
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 安彥彥

1.一種基于風力機尾流模型優化的風電場優化調度方法，其特征在于，包括：

S1：獲取風電場的布局信息和風力機基本參數；

S2：根據S1獲取的風力機的基本參數，基于動量守恒原理和質量守恒原理，對單臺風力機的尾流效應建模，得到單臺風力機的尾流模型；

S3：利用S2得到的單臺風力機的尾流模型，基于速度虧損的平方和疊加原理，對整個風電場的尾流效應建模，得到風電場尾流模型；

S4：根據S1獲取的風電場的布局信息和S3得到的風電場尾流模型，建立來流信息和模型輸出功率之間的關系；

S5：根據風電場SCADA數據，提取各個時刻的來流信息和各機組的實際輸出功率；根據模型輸出功率和實際輸出功率得到功率計算誤差；

S6：根據S4和S5的結果，給定風電場尾流模型尾流擴散系數的初始值，建立各時刻尾流擴散系數與功率計算誤差之間的關系，在SCADA數據集下建立尾流擴散系數和總體均方根誤差之間的關系，并以誤差最小為目標，對尾流模型參數進行優化，最終得到適用于該風電場的最佳尾流模型參數；根據得到的具有最佳尾流模型參數的尾流模型實現風電場的優化調度。

2.根據權利要求1所述的基于風力機尾流模型優化的風電場優化調度方法，其特征在于，S1中，風電場的布局信息包括風力機的數目和每個風力機的坐標；風力機的基本參數包括葉輪直徑、輪轂高度、功率曲線和推力系數曲線。

3.根據權利要求1所述的基于風力機尾流模型優化的風電場優化調度方法，其特征在于，S2中，采用Jensen尾流模型描述單臺風力機的尾流效應：

d_w＝d+2k_wx

其中，d_w為尾流直徑，U_w為尾流中的速度，d為風力機直徑，x為尾流擴散距離，C_T為推力系數，k_w為尾流擴散系數，U₀為來流速度。

4.根據權利要求1所述的基于風力機尾流模型優化的風電場優化調度方法，其特征在于，S3中，跟據平方和疊加原理對整個風電場中描述多個尾流的耦合影響：

其中，Δu_i是要計算的下游風力機位置處的速度虧損，n是該處的尾流數目，Δu_ij是第j個上游風力機尾流在該處的造成的速度虧損。

5.根據權利要求1所述的基于風力機尾流模型優化的風電場優化調度方法，其特征在于，S4具體為：考慮尾流影響對各個風力機進行迭代判斷，以計算在給定風況下的模型輸出功率：

其中，N是風電場內的機組數目，u_o是風力機的切出風速，u_c是風力機的切入風速，P_WT是風力機功率曲線，u’_i是考慮尾流影響后第i個風力機處的來流風速。

6.根據權利要求1所述的基于風力機尾流模型優化的風電場優化調度方法，其特征在于，S5中，各個時刻的來流信息包括風速和風向；得到各機組的實際輸出功率后加和得到各個時刻風電場的總實際輸出功率P_measured。

7.根據權利要求6所述的基于風力機尾流模型優化的風電場優化調度方法，其特征在于，S6中，建立各時刻尾流擴散系數與功率計算誤差之間的關系，并以誤差最小為目標，得到：

其中，N是風電場中的風力機的數目，P_i,measured是SCADA記錄的i時刻各個風力機的輸出功率，P_i,calculated是解析尾流模型計算得到的各個風力機功率。

8.根據權利要求1所述的基于風力機尾流模型優化的風電場優化調度方法，其特征在于，S6中，采用遺傳算法對模型參數進行優化。

9.一種基于風力機尾流模型優化的風電場優化調度系統，其特征在于，包括：

風電場的布局信息和風力機基本參數獲取模塊，獲取風電場的布局信息和風力機基本參數；

單臺風力機的尾流模型建立模塊，根據獲取的風力機的基本參數，基于動量守恒原理和質量守恒原理，對單臺風力機的尾流效應建模；

風電場尾流模型建立模塊，利用得到的單臺風力機的尾流模型，基于速度虧損的平方和疊加原理，對整個風電場的尾流效應建模；

來流信息和模型輸出功率之間的關系建立模塊，根據獲取的風電場的布局信息和得到的風電場尾流模型，建立來流信息和模型輸出功率之間的關系；

實際輸出功率提取模塊，根據風電場SCADA數據，提取各個時刻的來流信息和各機組的實際輸出功率；

誤差計算模塊，根據模型輸出功率和實際輸出功率得到功率計算誤差；

模型參數優化模塊，給定風電場尾流模型尾流擴散系數的初始值，建立各時刻尾流擴散系數與功率計算誤差之間的關系，在SCADA數據集下建立尾流擴散系數和總體均方根誤差之間的關系，并以誤差最小為目標，對模型參數進行優化，最終得到適用于該風電場的最佳尾流模型參數；

優化調度模塊，根據得到的具有最佳尾流模型參數的尾流模型實現風電場的優化調度。