[发明专利]一种风机阵列优化方法

说明书

提出了一种风机阵列优化方法，属于风机布置优化技术领域，所述方法包括：步骤1，依据预定的设计条件得到对角线平行于主导风向的“回”字形阵列作为基础阵列；步骤2，对基础阵列以“回”字形阵列的每一个矩形阵列为单位，对相邻的矩形阵列的上风向端点之间的间距进行调整并计算发电量和尾流；步骤3，输出得到的发电量最高或尾流最小的布置方案作为最终的最优布置方案。本方法解决了现有技术尾流效应大发电量低等技术问题，可在不增加布置面积的情况下减少尾流并提高发电量。

技术领域

本发明涉及风机布置技术领域，尤其涉及一种风机阵列优化方法。

背景技术

在风电场规划和建设过程中，风电机组位置排列是非常重要的环节。风电机组位置排列(即风电机组布置)主要有两个基本目的，一是优化电量，主要是充分利用风电场的风能资源；另一个是降低风险，主要是降低由地形或风机间的相互干扰产生的尾流、湍流影响以及避开其他影响风机运行的不安全因素。

由于尾流的影响，坐落在下风向的风电机组的风速将低于坐落在上风向的风电机组风速，一般称之为尾流效应(Wake effects)，如图1所示。

风电机组安装在X＝0处，X为沿风速方向距风电机组安装点的距离；R为风电机组叶片半径；R_W为X点处的尾流半径；V₀和V_X分别为吹向和离开风电机组的风速。产生尾流效应的原因是风电机组吸收了风中部分能量，造成离开风电机组的风速下降，并且风电机组相距越近，前面的风电机组对后面的风电机组风速的影响越大。美国加州风电场的运行经验表明，尾流造成的能量损失的典型值是10％。为充分利用风能资源和发挥规模效益，大型风电场通常有几十台到数百台风电机组，受场地和其他条件限制这些风电机组又不能相距太远。因此在风电场规划设计以及确定风电场输出功率时必须考虑尾流效应。

常见的尾流效应数学模型有Jensen模型和Lissaman模型，前者较好地模拟了平坦地形尾流效应，而后者更适用于模拟复杂地形。Jensen模型由丹麦里索(Riso)实验室的N.O.Jensen提出，其数学表达式为:

V_X是C_T的函数，所以尾流效应与风电机组的空气动力特性有关。式中，C_T为风电机组推力系数，与风速和风电机组结构有关；K为尾流下降系数，与风的湍流强度成正比。其中

K＝k_w(σ_G+σ₀)/U

式中：d为风速下降系数；σ_G和σ₀分别为风电机组产生的湍流和自然湍流的均方差，通常情况下，σ_G＝0.08U，σ₀＝0.12U，U为平均风速，k_w为一经验常数，计算公式为：

式中：h为轮毂高度；z为地表粗糙度，一般为0.002。

在进行风电场尾流计算时，要计算多台风机间的尾流影响。Katic等人提议，多尾流计算可使用“速度变化的平方和”的尾流综合模型计算。最初用于WindPRO PARK模块和WAsP/Park模块的N.O.Jensen模型用速度变化的平方和计算尾流综合作用。多尾流综合效应为：

式中，δV是速度变化，定义为(1—V/U)，其中U是自由风速；n是上风风电机组数。