[发明专利]风电场风电机群优化排布方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种风电场风电机群优化排布方法，属于风力发电技术领域。

背景技术

风电机群优化排布的目的在于利用选定的机型，实现在有限场地范围内尽可能地消除机组间的尾流影响，最大限度地捕获风能，取得最大的上网发电量。

对位于平坦地形的风电场而言，风电机群排布主要涉及机群的行列朝向、行列间距等。风电机组机群的布置、行列间距的大小直接影响风机的发电量，一般来说行列距越大，尾流影响越小，发电量越大，但行列距的大小也将影响风机布置的总规模、集电线路和场区道路的长短，具体布置时应就场址地形条件、装机台数，充分考虑各方面的影响因素，遵循以下几点原则：

(1)尽量减小风电机组之间的相互影响，满足风机之间行、列距要求；

(2)充分利用风电场场址土地，尽可能少占地；

(3)综合考虑场址地形(如海堤与海岸线)、地表粗糙度、障碍物等，将其影响降到最低；

(4)尽量缩短风电机组之间的距离，从而减少集电线路和道路的长度。

风的方向分布主要包括风向分布和风能方向分布。某一风场，风向分布和风能方向分布虽有差异，但其风向的主导方向与风能的主导方向、风向的次主导方向与风能的次主导方向可能集中且一致，也有可能分散且不一致。根据风电机组实际运行中的偏转控制，前者显然有利于确定风电机群的行列朝向。当然，列距也不能过小，否则易形成“风墙”，使得后排风速衰减严重。有研究认为风力机的最小列间距限值为叶轮直径的2～4倍。当风向或风能的主导方向与次主导方向分散且不一致时，将不利于确定风电机群的行列朝向，也不利于捕获更多地风能。

为了尽可能消除机组间尾流影响，机群排布时往往是行距大于列距。在相同的场址面积且风功率密度相似的条件下，当风向的主导方向与次主导方向，或风能的主导方向与次主导方向呈90°左右的夹角时，机组间尾流影响最大，最不利于机群排布，对此进行风电机群优化排布研究是十分必要的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，当风电场风向的主导方向与次主导方向，或风能的主导方向与次主导方向呈90°左右的夹角时，风电机群如何进行优化排布。

为解决上述技术问题，本发明提供一种风电场风电机群优化排布方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)计算风电场机组轮毂高度处16个方向(扇区)内的风向频率和有效风能密度的方向分布，所述风向频率为各风向出现次数占全风向次数之比，称为风向的方向分布，有效风能密度的方向分布为各方向的有效风能密度与全方位总有效风能密度之比，称为有效风能的方向分布，据此绘制风向玫瑰图和有效风能玫瑰图，风向的主、次导方向群包括主、次导方向及其相邻的两个方向，有效风能的主、次导方向群包括主、次导方向及其相邻的两个方向；

2)使风电机群朝向与风向的主导方向群或有效风能的主导方向群保持一致，且面对来风方向，使风电机群行、列间距比例，与风向的主导方向群和次主导方向群所占频率之比成正比，或与风能的主导方向群和次主导方向群所占频率之比成正比，分别计算两排布方案的发电量，确定较优的方案；

3)对较优方案进一步优化排布，按风电机群的行或列间距优化递推关系式(11)计算，作进一步优化排布，形成“前密后疏”的格局，得到最优方案，