[发明专利]一种基于能量成本的风力发电机参数优化方法

说明书

本发明公开了一种基于能量成本的风力发电机参数优化方法。选择风力发电机输出功率模型，利用风力发电机年产电量模型对风力发电机的年产电量进行计算，同时利用风力发电机成本模型计算风力发电机的成本；综合年产电量与成本计算确定风力发电机的能量成本；对风力发电机叶片半径进行计算，计算在不同额定风速与额定功率下的能量成本，从中选取使得能量成本最小的额定风速与额定功率，作为得到最佳的额定风速、额定功率。本发明只需知道风场的风速信息就能获得风力发电机的额定功率、额定风速，使该风场的能量成本最小达到最优产电，为风力发电机设计者提供了理论指导。

技术领域

本发明涉及了风力发电机领域的风力发电机优化计算方法，具体涉及了一种基于能量成本的风力发电机参数优化方法。

背景技术

随着化石燃料的不断燃烧，能源枯竭、环境污染等问题日益突出。风能作为一种清洁的可再生能源，储量大、分布广，越来越受到人们的重视。风力发电机是将风能转化为机械能，再将机械能转化为电能的设备。目前变桨变速风力发电机是风力发电机的主流机型。这种风力发电机在额定风速以下时风机运转在最佳叶尖速比下以最大限度的捕获风能，当风机工作在额定风速以上，风机的输出功率维持在额定功率。

目前对风力发电机的优化设计主要集中在两个方面，一是以风力发电机的年产电量最大为目标，如通过对风力发电机的叶片结构或者控制方法进行优化使风力发电机的年产电量最大。这种方法由于风力发电机额定功率、额定风速、叶片半径等参数已经预先选定，年产电量的提高往往有限。并且以上的优化方式并不考虑成本的因素，虽然提成了年产电量，但往往电能的成本也越高。对于一个特定的风场，长期的风速信息可用双参数威布尔分布表示。另一种方法是以单位电能成本最低为目标，根据风场的风速信息对风力发电机参数进行优化设计。胡燕平等人在《变桨距风力发电机额定风速的确定方法》中指出了应考虑到风力发电机成本的因素，以单位电能成本最低为目标设计风力发电机。他们将叶片大小预先设定为90m，塔高设定为70m，对风力发电机的额定风速进行优化。额定风速确定，则额定功率也可求得，它与额定风速的三次方正相关。在他们的研究中并没有考虑到叶片大小对于单位电能成本的影响，这显然是不合理的。叶片越大成本越大，但在通常能够增加风力发电机的年产电量，因此所得的结果并不能使单位发电量的成本最低。针对已知的风速信息，如何对风力发电机额定功率、额定风速、叶片半径等参数进行设计一直成为了风力发电机的行业的一个难点。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明提出了一种基于能量成本的风力发电机参数优化方法，属于针对风力发电机的最优节能发电的优化计算方法。可针对特定风场的风力发电机的额定功率、额定风速、叶片大小、塔高等参数进行最优设计，来使单位产电量的成本最低。

本发明能够针对特定风场，特定风场是指某一确定地区的风场。

如图2所示，本发明采用的技术方案是：

将风速信息(c₀,k₀,H₀)作为输入量输入，方法步骤如下：

1)选择风力发电机输出功率模型，风力发电机输出功率模型包括风力发电机年产电量模型和风力发电机成本模型，结合输出功率模型与风速信息可以获得风力发电机年产电量模型，利用风力发电机年产电量模型对风力发电机的年产电量进行计算，同时利用风力发电机成本模型计算风力发电机的成本；

2)综合年产电量与成本计算确定风力发电机的能量成本，从而建立风力发电机能量成本模型；

3)对风力发电机的叶片半径进行计算，将风力发电机单位产电量成本模型简化成关于额定风速与额定功率的函数；

风力发电机的塔高高度与风力发电机的叶片半径成正比，风力发电机的叶片半径由风力发电机的额定功率与额定风速计算确定，风力发电机的切入风速、切出风速为一个定值，将风力发电机的单位电能成本模型简化成关于额定风速与额定功率的函数；