[发明专利]复杂地形陆上风电场智能化自动布机方法及其实现系统

权利要求书

1.复杂地形陆上风电场智能化自动布机方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、导入风场数据，进行用户设定，完成后转到S2；

S2、检查风场数据的格式合规性、数据相互匹配性，检查输入参数和设定是否完整有效，完成后，如果“是”，转到S3；如果“否”，转到S1；

S3、同化数据，将计算区域网格化，根据用户设定，判断是否需要考虑风场边界和限制区域、入流角限制，完成后，如果“是”，转到S4；如果“否”，转到S5；

S4、更新有效布机区域，完成后转到S5；

S5、判断是否需要考虑尾流效应，完成后，如果“是”，转到S6；如果“否”，转到S7；

S6、检查测风数据、功率曲线文件是否存在且合规，完成后，如果“是”，转到S7；如果“否”，转到S1；

S7、寻找场内风资源最好的网格单元区域，放置一台风机，完成后，转到S8；

S8、判断是否需要考虑尾流效应，完成后，如果“是”，转到S9；如果“否”，转到S10；

S9、计算新加入风场的风机的尾流效应，更新风资源图谱，完成后转到S10；

S10、更新有效布机区域，判断场内机位数是否达到设定的机位数，完成后，如果“是”，转到S11；如果“否”，转到S7；

S11、判断是否需要进行孤立机位点剔除，完成后，如果“是”，转到S12；如果“否”，转到S13；

S12、根据用户设定的不合理机位剔除标准，查找并剔除不合理的机位点，完成后，转到S13；

S13、结束计算，查看或输出机位方案；

在布机过程中采用尾流经验模型来计算风机尾流效应对场区内风资源的影响：

风机运行时产生的尾流会导致风机后一段距离的风速降低，从而影响临近风机的发电量，因此，在排布过程中通过计算每台风机尾流对指定距离范围区域内风资源的影响，来考虑尾流效应对于机位排布方案的影响，其中，计算采用的尾流模型是Jensen尾流模型；

Jensen尾流模型描述的风机后锥形尾流的风速减速因数C_wake计算公式如下：

式中：

x为顺流向上距离风机的距离；U_downwind(x)为下风向距风机距离x米处的风速；U_upwind为风机上风向风速；C_t为推力系数，其值对应上风向风速，且要求0≤C_t＜1；D_rotor为产生尾流影响的风机叶轮直径；k为尾流衰减因子，计算公式如下：

k＝A/ln(h/z₀)

式中：

A为系数，默认值为0.5；h为风机轮毂高度，单位m；z₀为风机所在位置的粗糙度高度，单位m；

采用Jensen模型计算厂区内每个网格单元受到每一台风机尾流影响时的风速减速因数C_wake，再根据测风塔数据和地理位置关系计算每个网格单元受到每一台风机影响的概率，将这种影响反馈到场区内的风资源分布上，更新得到受到尾流影响的风资源图谱，在布机过程中循环这一过程，实现对于尾流效应的考虑。

2.根据权利要求1所述的复杂地形陆上风电场智能化自动布机方法，其特征在于，采用地形复杂度判别算法和模糊聚类算法来识别不合理的机位点：

复杂地形陆上风电场建造过程中，道路建设成本占比大，不合理的机位点会严重拉高道路成本，增大总投资，影响风场经济性指标；复杂地形陆上风电场中不合理机位主要分两种：一种是地形复杂度较高的机位，一种远离机位群的机位；对于地形复杂度高的机位，采用IEC规范中关于复杂度判定的方法，计算地形复杂度，通过设定的复杂度标准，进行机位点剔除；对于远离机群的机位，采用模糊聚类的方法，分辨出离群的机位点，通过设定的离群标准进行剔除。

3.权利要求1所述复杂地形陆上风电场智能化自动布机方法的实现系统，其特征在于，包括：

风电场数据处理模块，通过图形交互窗口将风电场高程信息数据、风电场综合风速数据、风电场综合入流角数据、风电场地表粗糙度数据、风电场测风数据导入，检查数据格式合规性以及各类数据的相互匹配性，通过图形交互窗口，在地形图上框选风场范围以及圈定任意多边形作为限制摆放风机的障碍区域；

风电场机型设置模块，用于选择拟采用的风机型号和设置各机型对应的台数、最小机距，导入和查看各机型对应的功率曲线和推力系数曲线，设置备用机位台数；

风电场优化选址模块，用于设置求解参数、设置限制因素开关、启动优化选址求解、排布结果图形化显示和输出机位方案；

在进行机位排布时，首先需在风电场数据处理模块的风场信息面板内，导入拟进行自动优化布机风电场的高程图谱、综合入流角图谱、综合风速图谱以及考虑是否需要导入作为可选项的粗糙度图谱、测风数据、框选风场范围和圈定限制区域范围，程序会自动校验用户输入数据的格式合规性和数据匹配性，如果数据格式错误或各项数据无法相互匹配，程序会给出错误提示并引导用户修改输入数据；

然后，打开风电场机型设置模块的机型设置面板，选定拟用于机位排布的风机类型，输入各个机型对应的风机台数、最小机距信息，及考虑是否需要导入作为可选项的功率曲线和推力系数曲线，设置备选机位信息，其中，功率曲线和推力系数曲线用于计算尾流效应造成的发电量损失，如果打开了考虑尾流效应布机的选项开关，则必须导入功率曲线和推力系数曲线；

最后，进入风电场优化选址模块的优化选址界面，设定优化选址求解参数，包括风机入流角限值、风机尾流效应的最大影响距离、离散化求解的网格单元大小和孤立机位点剔除标准，设定限制因素激活开关，包括是否考虑尾流效应、是否考虑入流角限制、是否考虑风场边界限制、是否考虑风场限制区域限制和是否进行孤立机位点剔除；在优化选址界面内，点击优化选址按钮启动计算，程序根据风场数据和用户的求解设置，自动进行优化布机；查看程序计算得到的机位排布结果，如果机位不满足用户要求，调整参数重新计算；如果满足要求，导出计算结果。