[发明专利]基于雷电防护的规模化风电场空间优化布置方法

说明书

本发明公开了一种基于雷电防护的规模化风电场空间优化布置方法，以雷电先导发展的物理模型为基础，给出了风机叶片动态击距的计算方法。将电气几何方法与雷电先导发展的物理过程相结合，建立针对风机叶片的电气几何分析模型，利用风机叶片电气几何模型，给出了叶片防雷系统的防护范围，对规模化风电场风机之间的雷电相互屏蔽进行计算，从雷电防护的角度确定风电场风机布置的间距。该方法可整体上减少风电场的雷击次数，对为风电场的稳定运行有一定积极作用。

技术领域

本发明涉及一种基于雷电防护的规模化风电场空间优化布置方法。

背景技术

风电作为清洁能源的重要组成部分，其大规模发展可有效促进世界能源体系改革。然而，鉴于风电场所处的环境及风机自身特殊结构，极易遭受大气雷击。在风电场雷击事故中叶片的损伤占到雷击损伤总数的40％以上，且多数为不可修复性损伤，风机叶片的成本、吊装、维修等高额费用已严重影响到风电场的经济稳定运行。然而现今风电场的布置主要以发电效益为目标，从风电场防雷角度对风电场布置优化的研究很少。因此，寻找一个兼顾风机发电效益与防雷优化的可靠方法对风电场的空间布置进行防雷优化，对促进风电场的经济稳定运行具有重要意义。

现有的风电场风机优化布置理论基本属于经验性结论，布置方式也基本为规则性的行列布置，且布置规划的出发点主要是风电场发电的经济效益。如图1所示，箭头所指方向为风电场所处地区的盛行风向。现有技术中存在文献曾根据实际运行经验提出，风机布置的最优距离为在垂直于盛行风向上风机间隔L_v为3R—6R(R为风机叶片长度)，在盛行风向上风机间隔L_p为16R—24R，建议L_v取值为6R—10R，L_p取值为10R—18R。为了寻找能对不同风况、不同区域边界的风电场进行了风机最优布置的计算方法，现有技术中也存在文献提出了利用遗传算法，以风电场总投资成本和发电效益作的比值作为目标参数，计算风机间的布置间距，或在遗传算法基础上，对风电场最优布置的一般性规律进行系统的探讨分析和论证研究，给出了在风电场区域没有限制的条件下，风机间距的范围L_v为4R—10R，L_p要在20R以上。

从上述研究发现，现有的风电场的布置都未从防雷的角度进行分析，而风电场遭受雷击所带来的经济损失一直居高不下，从雷电防护的角度寻找一个风电场优化布置的方法，与现有风电场的设计方法相互补充，对风电的安全经济运行具有一定的参考意义。

而在风机防雷方面，多是基于实验研究，其对象多为单个叶片或单个风机，不适用于对规模化风电场各风机间的布置优化的分析研究，同时在仿真建模方面，现有的仿真研究依旧是以单个风机为研究对象，并没有对整个风电场的防雷优化布置进行研究。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种基于雷电防护的规模化风电场空间优化布置方法，本发明以雷电先导发展的物理模型为基础，引入风机叶片动态击距的概念及分析方法；并与传统的电气几何法相结合，提出了针对风机叶片的电气几何分析模型，并通过风机叶片长间隙击穿实验验证了该方法的有效性。利用新提出的风机叶片电气几何模型，对规模化风电场风机之间的雷电相互屏蔽进行了研究，从雷电防护的角度给出了风电场风机布置的间距的分析方法。新提出的风机布置方法对整个风电场的防雷设计以及风电场的经济稳定运行具有重要的参考意义。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于雷电防护的规模化风电场空间优化布置方法，以雷电先导发展的物理模型为基础，利用风机叶片动态击距方法，建立针对风机叶片的电气几何分析模型，利用风机叶片电气几何模型，对规模化风电场风机之间的雷电相互屏蔽进行计算，从雷电防护的角度确定风电场风机布置的间距。

进一步的，假定雷电下行先导竖直向下发展，当上、下行先导的流注相遇时发生雷击，将发生雷击时上行先导流注头部的高度定为击距。