[发明专利]一种海上风电场的风机排布方法

摘要

本发明涉及一种海上风电场的风机排布方法，包括步骤：确定风机的排布阵列；获取风电场的约束条件数据；根据风机的排布阵列和风电场的约束条件筛选候选排布方案；计算各方案的尾流损失；检验最优方案。相对于现有技术，本发明的海上风电场的风机排布方法，充分考虑风机排布在形态、方位、间距等三个方面的变化，能够灵活适应多主导风向的情况与风电场的复杂几何边界，阵列筛选范围更广，效率更高。 1

主权项

1.一种海上风电场的风机排布方法，包括以下步骤：

S1：确定风机的排布阵列；

S2：获取风电场的约束条件数据；

S3：根据风机的排布阵列和风电场的约束条件筛选候选排布方案；

S4：计算各方案的尾流损失；

S5：检验最优方案；

所述风机的排布阵列包括平行四边形和扇形两类；

所述风电场的约束条件数据包括风机排布区域边界数据和风机的数目；

所述步骤S3进一步包括以下步骤：

S31：确定西南、西北、东北、东南共4个固定点S1～S4；

S32：确定阵列排布的起始机位P0，坐标记为(X0，Y0)；

S32：确定阵列的行数n和列数m；

S33：计算阵列机位P(i,j)的坐标(Xi，Yj)，其中，i＝1,2,…n，j＝1,2,…m；

S34：剔除位于内、外边界之外的无效机位P″，有效机位P′(i,j)总数记为N′；

S35：循环控制，判断N′是否等于风机数目N，如果是，将P′(i,j)列为候选排布方案，如果否，转到步骤S31；

所述步骤S4进一步包括以下步骤：

S41：计算单个扇区风速损失；

S42：计算单个扇区功率损失；

S43：尾流计算循环控制，判断是否全部扇区的尾流计算都已经完成，如果是，转到步骤S44，如果否，转到步骤S41；

S44：计算平均尾流损失；

S45：排布方案循环控制，判断是否全部排布方案都已经计算完平均尾流损失，如果是，转到步骤S46，如果否，转到步骤S41；

S46：获得平均尾流损失最低的N个方案，N〉1；

所述步骤S5进一步包括以下步骤：

S51：建立风向频率变动模型；

S52：计算平均尾流损失；

S53：评价变动度指标；

S54:推荐风机排布方案。

2.根据权利要求1所述的海上风电场的风机排布方法，其特征在于：在所述步骤S4中，在0°至360°平均划分144个扇区对候选排布方案的逐台风机进行风速损失和功率损失计算，并用平均功率损失表示整个阵列的平均尾流损失。

3.根据权利要求1所述的海上风电场的风机排布方法，其特征在于：在所述步骤S5中，选出平均尾流损失最低的5个候选排布方案，利用风向频率变动模型重新计算各自的尾流损失，确定平均尾流损失的变化范围，选择变动度最小的候选排布方案作为推荐排布方案。

4.根据权利要求1所述的海上风电场的风机排布方法，其特征在于：所述风机的排布阵列具体为：风机阵列的基本单元定义为风机排布方案中每4台风机的相对位置所形成的平面形态，

若基本单元为平行四边形，长对角线AC称为主对角线，短对角线BD称为次对角线，控制参数包括主对角线的方位角α，主、次对角线间的夹角β，以及主、次对角线的长度d1、d2；

若基本单元为扇形，短弧AD与长弧BC共圆，圆心为O；半径OA称为短径，OB称为长径，直线AB称为始边，直线CD称为终边，控制参数包括扇形始边的方位角α，始、终边间的夹角β，以及长、短径的长度d1、d2。

5.根据权利要求1‑4任一所述的海上风电场的风机排布方法，其特征在于：在所述步骤S5中：记测风塔的风向频率分布为J(θi)，i＝1,2,…h，h为风向扇区数目；θ为扇区风向，单位为度；主导风向记为θp，相应频率为J(θp)，风向频率变动模型设置8种变动情景，模拟风向在年际、年代际尺度上的变化：

(1)J(θp)增加30％，其余扇区的频率相应平均减少；

(2)J(θp)减少30％，其余扇区的频率相应平均增多；

(3)θp左移一个扇区，J(θp)保持不变；

(4)θp右移一个扇区，J(θp)保持不变；

(5)θp左移一个扇区，J(θp)增加30％，其余扇区的频率相应平均减少；

(6)θp左移一个扇区，J(θp)减少30％，其余扇区的频率相应平均增多；

(7)θp右移一个扇区，J(θp)增加30％，其余扇区的频率相应平均减少；

(8)θp右移一个扇区，J(θp)减少30％，其余扇区的频率相应平均增多；

对以上8种情景重新计算平均尾流损失dWi′,i＝1,2,…8，形成尾流损失区间dWmin′～dWmax′；变动度指标定义为dWmax′/dWmin′。