[发明专利]风电场群布局方法

说明书

技术领域

本发明涉及风电技术领域，尤其涉及风电场群布局方法。

背景技术

国家大力开发风能资源，随着大型风电场群的开发建设，需要合理的风电场群布局设计方案来指导实际建设。在风电场群的建设中，风电场间距太小，上游风电场对下游的风电场出力将会有较大的影响，在上游风电场的遮挡作用下，会大大降低下游风电场的发电能力；风电场间距太大，就会降低土地利用率和增加基建及管理成本。

目前国际上仅有单机间的布局理论和方法，但是随着大型风电场群的规划建设，上下游风电场之间尾流的相互影响成为风电场群设计中非常重要的一个问题，而对于风电场群的布局问题，还没有确定群与群之间的距离理论和方法。为了更加有效地提高土地利用效率和最大化开发风能资源，需要有一套理论方法来确定上下游风电场之间的距离，从而解决风电场群布局的核心问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种提高土地利用效率和下游风电场发电效率的风电场群布局方法。

为解决上述问题，本发明所述的风电场群布局方法，包括以下步骤：

⑴从风电场入口到出口将同一型号的风机排列成矩形，共有mn台风机，其中m代表风机的行数，n代表每行的风机台数；

⑵确定mn台风机的行距和列距分别为aD、bD；其中D为风机直径；a、b为常数，为行距和列距分别与风机直径的比值；

⑶确定建模条件：

①假设在大气层中存在一高度H，在H之上水平风速不受风电场的影响，H高度的水平风速记为U_H，H以下的水平风速在垂直方向满足指数风廓线；

②假设所述风电场的上游和所述风电场中，H高度向下传输的动量与地面摩擦消耗的动量以及分子粘性耗散的动量相平衡；

③假设主风向垂直穿过所述风电场，从所述风电场入口到出口，所述风机轮毂高度h处的水平风速由流入风速U_i线性减小为流出风速U_o，其平均风速为U_i和U_o的线性中值；所有风机的有效功率都相等；

④假设风电场下游动量补充区自H高度向下的动量通量密度与地面消耗的动量通量密度均为常量；

⑷建模：

①在所述风电场中根据动量守恒建立风电场的动量吸收模型：I_i-P₁t₁= I_o ；其中，I_i为入口处单位空气柱所含有的动量，P₁为风电场中风机等效到单位面积上的风功率吸收率，t₁为单位空气柱从风电场入口到出口所需时间，I_o为风电场出口处单位空气柱所具有的动量；

②在所述风电场的下游根据动量守恒建立动量补偿模型：I_o+P₂t₂= I_*；其中，I_o为单位空气柱在风电场出口处的动量，t₂是单位空气柱的动量由I_o恢复到I_*所用的时间，P₂为下游动量补偿区单位空气柱动量的补偿速率，其数值与单位空气柱的动量通量密度净增量相等，I_*为风电场的尾流损失效应彻底消失后单位空气柱所具有的动量，其数值与所述I_i相等； 

⑸模型求解：