专利名称：平坦地形风机规则布置优化方法
技术领域：
本发明属于风力发电场设计技术领域，尤其涉及一种平坦地形风机规划布置优化方法。
背景技术：
平坦地形一般定义为在风电场区及周围5km半径范围内其地形高度差小于50m， 同时地形最大坡度小于3°的地形，实际上，对于周围特别是场址盛行风的上(来)风方向， 没有大的山丘或悬崖之类的地形，仍可作为平坦地形来处理。在风电场规划和建设过程中，风电机组位置排列是非常重要的环节。风电机组位置排列(即风电机组布置)主要有两个基本目的，一是优化电量，主要是充分利用风电场的风能资源；另一个是降低风险，主要是降低由地形或风机间的相互干扰产生的尾流、湍流影响以及避开其他影响风机运行的不安全因素。在对位于平坦地形的风电场进行布置时，一般采用行列或梅花型规则布置，且各行列间的间距相等，采用行列或梅花型布置时，一般建议在平行于主导风向上不超过3排，但实际工作中，由于受风电场自身形状范围限制，常常需要在平行于主导风向上布置3排以上的风机，这常常导致风机中部及下风向的风机尾流过大。所谓的尾流或尾流影响是指风经过风电机组后将部分动能转化为机械能，再转化为电能，从而使风速降低，对后面的风电机组发电量产生影响，即尾流影响。由于尾流的影响， 坐落在下风向的风电机组的风速将低于坐落在上风向的风电机组风速，一般称之为尾流效应(Wake effects)，如图2所示，风电机组安装在X = O处，X为沿风速方向距风电机组安装点的距离；R为风电机组叶片半径；RW为X点处的尾流半径；Vc^PVx分别为吹向和离开风电机组的风速。产生尾流效应的原因是风电机组吸收了风中部分能量，造成离开风电机组的风速下降，并且风电机组相距越近，前面的风电机组对后面的风电机组风速的影响越大。 美国加州风电场的运行经验表明，尾流造成的能量损失的典型值是10%。为充分利用风能资源和发挥规模效益，大型风电场通常有几十台到数百台风电机组，受场地和其他条件限制这些风电机组又不能相距太远。因此在风电场规划设计以及确定风电场输出功率时必须考虑尾流效应。现阶段对于平坦地形的风电场，风电机组排列布置的原则如下(1)根据风电场风向玫瑰图和风能玫瑰图显示的盛行风向、年平均风速等条件，确定主导风向，机组排列应与主导风向垂直。( 对平坦、开阔的场址，可单排或多排布置风电机组，多排布置时应尽量呈“梅花形”排列，以减少风电机组之间尾流的影响。(3)盛行风向基本不变的风场，采用“梅花形”布置，在盛行风向上机组间距5 9 倍风轮直径，垂直盛行风向上机组间距3 5倍风轮直径。(4)盛行风向不是一个方向的风场，采用对行排列布置和“梅花形”布置。这种布置方法容易导致位于排列中部及下风向的风机尾流过大(如
图1所示，其中箭头所示为上风向，圆圈表示风电机组，方框表示风场范围，不规则六边形表示尾流影响
3较高区域)，影响风机运行并降低发电量。 常见的尾流效应数学模型有Jensen模型和Lissaman模型，前者较好地模拟了平坦地形尾流效应，而后者更适用于模拟复杂地形。Jensen模型由丹麦里索(Riso)实验室的 N. 0. Jensen提出，其数学表达式为
权利要求
1.一种平坦地形风机规划布置优化方法，其特征在于，该方法包括步骤Si，获得风电场风机的初始布置方案，并计算初始布置方案中各风机位置处的尾流值；步骤S2，获取尾流值最大的风机所在的位置，逐行/逐列调整位于所述尾流值最大的风机的上风向的风机的行列间距在对每行/列进行调整后，获得使所述尾流值最大的风机所在行或列尾流最小的调整结果，在该调整结果的基础上对下一行/列继续进行调整， 并记录每次调整结果以及对应的风电场的总发电量；步骤S3，将记录的总发电量进行排序，获得最佳发电量对应的调整结果。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，该方法进一步包括在步骤Sl中，可通过软件计算或人工布置得到初始布置方案，该初始布置方案为规则布置的风机布置矩阵。
3.根据权利要求2的方法，其特征在于，该方法进一步包括根据风电场的盛行风向确定调整行距还是列距，如果盛行风向垂直于列向，需要对列距进行调整，如果盛行风向垂直于行向，需要对行距进行调整，如果盛行风向不垂直于列向也不垂直与行向或者有多个盛行风向，需要对行距和列距两者进行调整，先调整行距再调整列距或先调整列距再调整行距。
4.根据权利要求2的方法，其特征在于，该方法进一步包括步骤S2中，具体的调整方法如下a设置调整步长，并将i的初值设置为2，该调整步长是每次行或列移动的距离，i是所述风机布置矩阵沿上风向的行号或列号；b循环调整所述风机布置矩阵沿上风向的第i行/第i列将第i行/第i列向第i_l 行/第i_l列移动调整步长，记录移动后的调整结果以及对应的总电量值，计算所述尾流值最大的风机所在行/列的尾流值；直到满足下列条件之一时停止该循环调整在第i行/第 i列中有单机尾流高于一第一阈值；在第i行/第i列中与最近行/列的风机间距不足第二阈值；c对步骤b中计算得到的尾流值排序，获得最小的尾流值对应的调整结果，在该调整结果的基础上，判断i的值是否等于所述尾流值最大的风机所在的行号或列号，如果等于，则停止步骤S2，如果不等于，将i的值加1，继续执行步骤b。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，其中，所述第一阈值为10%，所述第二阈值为三倍的叶轮直径。
6.根据权利要求4的方法，其特征在于，其中，所述调整步长为大于等于0.1倍小于1 倍的行距或者列距。
7.根据权利要求4的方法，其特征在于，在步骤a之前，若尾流值最大的风机位于沿上风向的第2行或第2列，则不进行调整。
全文摘要
提出了一种平坦地形风机规则布置优化方法，属于风力发电场设计技术领域。该方法包括步骤S1，获得风电场风机的初始布置方案，并计算初始布置方案中各风机位置处的尾流值；步骤S2，获取尾流值最大的风机所在的位置，逐行/逐列调整位于所述尾流值最大的风机的上风向的风机的行列间距在对每行/列进行调整后，获得使所述尾流值最大的风机所在行或列尾流最小的调整结果，在该调整结果的基础上对下一行/列继续进行调整，并记录每次调整结果以及对应的风电场的总发电量；步骤S3，将记录的总发电量进行排序，获得最佳发电量对应的调整结果。本方法解决了如何减少尾流影响、充分利用风能资源并提高发电量的技术问题。
文档编号F03D9/00GK102235313SQ20111018040
公开日2011年11月9日 申请日期2011年6月30日 优先权日2011年6月30日
发明者姜世平, 孙少军, 孙立新, 彭怀午, 杜燕军, 苏婧 申请人:内蒙古电力勘测设计院