海上风电场机组优化布置方法.pdf

海上风电场机组优化布置方法，将风电机组的位置关系用平行四边形特征参数表示，用平行四边形的长边(15)，短边(16)，长短边夹角(14)，长边与坐标系横轴的夹角(13)为参数变量，建立风电机组之间的距离和方位角的函数关系；利用风速风向数据和风电机组功率曲线和推力曲线参数，根据尾流模型计算不同平行四边形参数下的风电机组发电量，找到最大发电量所对应的平行四边形特征参数就是风电场机组布置的最优方案。

权利要求书
1.  一种海上风电场机组优化布置方法，其特征在于，用平面几何的平行四边形特征参数描述风电机组之间的位置关系，平行四边形的每个顶点对应一个风机机位，风电机组之间的相对位置关系用平行四边形的特征参数表示，平行四边形的特征参数分别是平行四边形的长边(15)，短边(16)，长边和短边的夹角(14)以及长边和坐标系横轴(11)的夹角(13)。

2.  如权利要求1所述的平行四边形特征参数，其特征在于：用平行四边形的长边(15)，短边(16)，长短边夹角(14)，长边与坐标系横轴的夹角(13)为参数变量，建立风电机组之间的距离和方位角的函数关系。

3.  如权利要求1所述的平行四边形特征参数，其特征在于：平行四边形的长边(15)，短边(16)，长短边夹角(14)，长边与坐标系横轴的夹角(13)也可以表示为三角形的长边(25)，短边(26)，长边和短边的夹角(24)，三角形一边与坐标系横轴的夹角(23)。

4.  如权利要求1所述的平行四边形特征参数，其特征在于：平行四边形的长边与坐标系横轴的夹角(13)，在极坐标系下也可以表示为平行四边形长边与极轴的夹角。

说明书海上风电场机组优化布置方法
技术领域
本发明涉及海上风电场优化设计方法，主要用于海上风电场设计或陆上平原风电场设计的风电机组优化布置，在给定风电场范围，装机规模和确定机型的条件下，风电场总发电量达到最高，属于风电开发技术领域。
背景技术
风电场机组优化布置是风电场优化设计的重要内容，是保障风电场效益最大化和长期安全可靠运行的关键技术。在海上风电场和陆上平坦地形风电场的机组布置设计中，除了满足布机范围，装机规模和给定机型的条件，还要考虑风电场内的风资源分布特点和风电机组之间的尾流影响，风电场机组优化布置方案应尽量降低风电机组之间的尾流电量损失，达到风电场发电量最大的目的。
目前国内外风电场设计中应用较多的是采用商业软件，如windfarmer，windpro等专业工具，辅助机位优化设计，但这些软件适用于陆上风能资源分布不均一的风电场优化设计，不能满足海上风电机组规则化布置的要求。
在海上风电场机组布置优化中，国内外的一些学者提出了基于遗传算法的风电场优化布置方法，并申请了专利，如公告号为CN103792566A的发明专利“一种基于遗传算法的风电场多型号风机优化排布方法”，该发明是基于遗传算法的优化方法，存在不一定能够实现全局最优解的缺陷，并且也无法保证风电场机组布置的规则性；公告号为CN104077435A的发明专利“用于风电场设计与优化的方法和系统”，需要确定风电场的主导风向，对于主导风向不明显或无主导风向的风电场，该方法失效。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺陷，本发明提出了一种适用于海上风 电场和陆上平原风电场风机优化布置的方法，该方法能够满足风电场规则化布机的要求，也能够实现风电场整体布机效率最优、发电量最高的目标。
为了实现本发明的目的，本发明提出了一种海上风电场机组布置优化方法，包括以下步骤：
(1)将风电机组与周围临近机组的相对位置关系转变为平面几何数学关系，用平行四边形的特征参数描述风电场内风电机组之间的布置方式；
(2)计算不同平行四边形特征参数下的风机之间的距离和方位角关系；
(3)根据风电场的风速风向数据和风电机组的功率曲线和推力曲线参数，利用尾流模型公式计算风电场的尾流损失和发电量；
(4)找出所有不同平行四边形特征参数对应的风电场发电量中的最大值；
(5)该发电量最大值对应的平行四边形特征参数就是风电场机组布置的最优解。
本发明提出的方法满足了海上风电场机组布置的规则化要求，而且对风电场的风向分布没有限制，可以对任意风向风速数据描述的风资源状况进行机位优化设计，包括所有平行四边形特征参数对应的布机方案，克服了采用遗传算法优化设计的缺陷。
附图说明
图1是风电场风机布置的平行四边形位置图
图2是风电场风机布置的三角形位置图
图3是风电场机组优化布置方法流程图
具体实施方式
下面结合附图对本发明的风电场机组优化布置方法作进一步说明。
图1是风电场风机布置的平行四边形位置图，平行四边形的每个顶点对应一个风机机位，风电机组之间的相对位置关系用平行四边形 的特征参数表示。平行四边形的特征参数分别是图1中的平行四边形的长边(15)，短边(16)，长边和短边的夹角(14)以及长边和坐标系横轴(11)的夹角(13)。
图3是风电场机组优化布置方法的流程图，具体包括以下步骤：
第一，按照图1所示的方法将风电机组的位置关系用平行四边形特征参数表示，用平行四边形的长边(15)，短边(16)，长短边夹角(14)，长边与坐标系横轴的夹角(13)为参数变量，建立风电机组之间的距离和方位角的函数关系。
第二，利用已经得到的风电场风速风向的风资源数据，风电机组的功率曲线和推力曲线参数，根据尾流数学模型，计算受到尾流影响的风电机组所在位置的风速，并计算出风电机组的发电量和尾流损失。
第三，改变平行四边形特征参数的取值，按照上述步骤重新计算平行四边形特征参数下的布机方案的风电机组发电量和尾流损失。
第四，查找在所有平行四边形特征参数下的机组布置方案的发电量和尾流损失，找到最大发电量所对应的平行四边形特征参数。
第五，该平行四边形特征参数对应的风电机组布置方案就是风电场机组布置的最优化方案。
尽管为了完整和清晰的公开，参照特定实施方式对本发明进行了描述，但所附权利要求并不受限于此，并且所附权利要求可被构造为体现所有完全落入本说明书中所阐明的基本教导内的所属技术领域技术人员可想到的修改和替代性结构。