[发明专利]风电场风机叶片选型优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种风力发电技术，特别涉及一种风电场风机叶片选型优化方法。

背景技术

随着风电技术的快速发展，风力发电已成为继火电、水电之后的第三大电源。到2020年，我国风电预计装机将达200GW。风电技术的快速发展与资源的激烈竞争使得度电成本成为风电行业发展关注的重要指标之一。

度电成本取决于总成本与发电量。风电场的发电量是由风电机组从风中吸收能量的大小决定的，其中，风机叶片是风机转化风能的关键部件，相同容量条件下，叶片长度是影响风电场发电量的关键参数。更长的叶片长度意味着风电机组更强的风能吸收效率，但同时也意味着更高的风机成本与更大的尾流影响。因此，在给定风电场装机容量的条件下，如何合理的选择叶片长度、降低风电场的度电成本是风电场项目在规划与设计阶段需考虑的主要问题之一。

目前已有很多专家与学者从不同的角度对降低风电场度电成本的方法展开研究。对现有文献检索发现，许昌等在中国电机工程学报,2013,33(31):58-64发表的复杂地形风电场微观选址优化采用优化风机选址的方法以减少尾流效应影响以提高发电量，降低度电成本。谭伦农等在太阳能学报，2011,32(7):980-984发表的风电场风力机选型与经济可行性研究采用优化风机选型方法将反映机组发电量与成本两方面的目标参数相结合,以减少度电成本。但是，以上研究中都是在风电场中的风机都属于相同型号、叶片长度相同的基础上开展的，较少有研究对风电场风机叶片长度进行选型与优化。实际上，当前每个风机厂家，相同容量的风电机组存在多种不同叶片长度的风机可供选择，以3WM系列风机产品为例，相同3MW的风电机组有45、50、55、57.5等多种半径长度的机型可供选择。在风电场装机容量不变的条件下，如何科学合理地进行风机叶片长度选择是风电场规划阶段需要解决的主要问题之一，也是影响风电场后续度电成本的关键因素之一。

发明内容

本发明是针对风电场风机叶片选型如何更合理的问题，提出了一种风电场风机叶片选型优化方法，以风电场全寿命周期度电成本最低为目标，在充分考虑风电场的风速分布、风向分布以及机组之间的尾流效应的前提下，对风电场内各台风机的叶片长度进行优化选择，并采用遗传算法对该优化问题进行求解。

本发明的技术方案为：一种风电场风机叶片选型优化方法，具体包括如下步骤：

1)将整个风电场N台机组的叶片长度组合作为一个个体，随机产生由个体形成初始种群,以度电成本最低作为个体适应度，计算种群中每个个体的适应度；

计算个体适应度具体步骤为：

A:首先读取各个风机机组位置坐标，运用威布尔分布得到N个风速、风向序列；

B:读取其中一个风速、风向序列，

B1)通过直角坐标与极坐标变换求得风机的相对位置关系，以风机给定坐标所在坐标系为初始X、Y轴，以坐标原点为为极点，x轴的正半轴为极轴，建立极坐标系，x_ij为上下游风机机组之间沿垂直于风向方向的距离，d_ij是上下游风机机组之间沿风向方向距离，设第一上游风机机组直角坐标为(x_i，y_i)，极坐标为(ρ_i，θ_i)；第二下游风机机组直角坐标为(x_j，y_j)，极坐标为(ρ_j,θ_j)，α为风向与Y轴夹角，下面为极坐标变为直角坐标，则x_ij、d_ij表示为：

通过令坐标轴随着风向的改变而变化的方式，机组的相对位置固定表示，从而计算尾流；

B2)根据尾流效应公式计算各个风机机组处的风速，风速计算如下：

下游风机风速v_j计算公式如下：

式中：设上游风机机组初始风速为v_i,上游风机机组与下游风机机组叶片半径分别为r_i、r_j，上游风机机组与下游风机机组轮毂高度分别为h_i、h_j，C_T为风机的推力系数；A_s为为上游风机机组尾流效应对下游风机机组扫风区域的遮挡面积；A_j为下游风机扫风面积；

多个上游机组对下游机组的共同影响等效风速为：