[发明专利]一种基于网格化海域的潮流能水轮机阵列优化方法

说明书

本发明提供了一种基于网格化海域的潮流能水轮机阵列优化方法，首先，确定海域布置范围以及布置区域内潮流平均流速，布置水轮机数量、确定水轮机的性能系数；然后，根据水轮机参数网格化海域；确定算法参数，包括交叉子代数量、变异率和迭代步数；生成初始种群；种群中个体交叉，产生子代，加入种群中；选择一定数量的种群个体变异，产生新个体，加入种群；求种群中所有个体的目标值；其次，判断算法是否结束，若未结束，回到种群交叉步骤，若结束，选择目标值最大的个体作为优化结果。本发明将拟布置海域进行离散，考虑了水轮机降低后方流场流速的影响以及水轮机推力系数与潮流流速的相关性，耗费计算资源少，能为潮流能发电机场初步设计提供参考。

技术领域

本发明属于海洋能开发和利用领域，具体涉及一种基于网格化海域的潮流能水轮机阵列优化方法。

背景技术

随着社会经济发展，传统化石能源不可再生且对环境污染严重，无法满足日益增加的能源需求。在众多的新能源中，潮流能具有蕴藏量大、可预测、环境友好等优点。为充分提取潮流能，在海域中常布置潮流能水轮机阵列。但是，潮流能水轮机的布置会造成下游水流场流速的下降，进而影响下游水轮机对于能源的提取。因此，对于潮流能水轮机阵列的布置需要考虑优化问题，以提高潮流能水轮机阵列提取能源的水平。

目前对于潮流能水轮机阵列的优化常基于人工经验或者数值模拟的方法，基于人工经验常无法得到最优布置方案，而数值模拟的方法耗时长、耗费计算资源多，均不利于潮流能发电场水轮机阵列的初步设计。

发明内容

发明目的：本发明提供一种基于网格化海域的潮流能水轮机阵列优化方法，能有效避免优化过程中水轮机布置过于紧密的情况，减少计算消耗。

技术方案：本发明提供了一种基于网格化海域的潮流能水轮机阵列优化方法，包括以下步骤：

(1)规划海域布置区域，确定海域内潮流参数；

(2)确定海域内水轮机布置数量以及水轮机参数；

(3)根据水轮机参数，将海域进行划分，确定海域内可布置潮流能水轮机的坐标信息点；

(4)确定优化算法参数；

(5)随机生成初始种群，种群中包括相应数量的个体，每个个体中包含海域内水轮机的位置参数；

(6)种群中个体交叉，产生新个体，加入种群中；

(7)在步骤(6)形成的种群中，根据确定的算法参数，选择部分个体发生变异，产生新个体，加入种群中；

(8)确定种群中，每个个体的目标值，根据目标值选择相应数量的个体组成新种群，若未达到算法结束条件，返回步骤(5)；

(9)算法结束后，选择种群中目标值最大的个体作为优化结果。

步骤(1)所述的海域布置区域为长方形区域。

步骤(2)中所述的水轮机参数包括水轮机叶轮直径、实际水轮机功率系数及推力系数。

步骤(4)中所述的优化算法为遗传算法；所述参数主要包括初始种群数量、交叉后代数量、变异率和迭代步数。

步骤(5)所述的个体由相应布置数量的水轮机的坐标信息点组成。

步骤(8)所述的目标值为潮流能水轮机阵列总发电量，其计算公式为：

其中，N为潮流能水轮机阵列中水轮机数量，u_i为水轮机布置处当地潮流流速，C_p为当地潮流流速为u_i时的水轮机功率系数，ρ为水流密度，D为水轮机直径。