[发明专利]一种风场内风机的优化布置方法和系统

权利要求书

1.一种风场内风机的优化布置方法，其特征在于：

所述风场中的风机为双叶轮风力发电机，其包括：

一级叶轮、二级叶轮和叶轮转速合并机构；所述叶轮转速合并机构具有第一输入轴、第二输入轴、第一输出轴和第二输出轴，所述一级叶轮与所述第一输入轴驱动连接，所述二级叶轮与所述第二输入轴驱动连接，所述第一输出轴通过第一离合器与第一发电机的输入轴驱动连接，所述第二输出轴通过第二离合器与第二发电机的输入轴驱动连接；

所述一级叶轮与所述二级叶轮同轴连接，所述一级叶轮的叶片长度大于所述二级叶轮的叶片长度，且工作时的旋转方向相反，所述一级叶轮位于所述二级叶轮的前方；

所述叶轮转速合并机构包括同轴设置的太阳轮、齿圈和行星架，所述行星架上设有多个行星轮，所述齿圈设有内齿和外齿，所述行星轮啮合在所述齿圈的内齿和所述太阳轮之间，所述第一输入轴设有驱动齿轮，所述驱动齿轮与所述齿圈的外齿啮合，所述第二输入轴与所述太阳轮的转轴连接，所述行星架的转轴通过中间轴与输出轴驱动连接，所述输出轴的一端形成所述第一输出轴，另一端形成所述第二输出轴；

当风速小于第一阈值时，对一级叶轮和二级叶轮的叶片进行变桨，使一级叶轮停止发电状态，二级叶轮处于旋转发电状态，第一离合器处于啮合状态，第二离合器出去分离状态；

当风速不小于第一阈值且不大于第二阈值时，对一级叶轮和二级叶轮的叶片进行变桨，使一级叶轮和二级叶轮均处于旋转发电状态，第一离合器处于啮合状态，第二离合器处于分离状态；

当风速大于第二阈值时，一级叶轮和二级叶轮均处于旋转发电状态，第一离合器和第二离合器均处于啮合状态；

所述优化布置方法包括：

步骤S1，获取风场的气象和地理条件，以及待选的风机参数；

步骤S2，确定至少一个优化目标及至少一个优化约束，其中，所述确定至少一个优化目标包括：计算采用成本模型，建立风电场的总建设成本与风机个数的函数，同时基于Jensen尾流模型计算风电场的总发电量；根据所述风电场的总建设成本与所述风电场的总发电量，计算得到目标函数；采用遗传算法对所述目标函数进行优化，在初始状态随机生成800个个体组成的初始群体，依次进行个体适应度评价、选择运算、交叉运算、变异运算得到20个最优子代，再循环计算，直至所述目标函数收敛得出最优解，得到所述目标函数的最小值，作为以单位发电量成本最低为优化目标；

步骤S3，根据风场区域构造矩形区域，将矩形区域划分为若干个网格，设定风机只能位于每个网格的正中央；

步骤S4，对应于所述矩形区域的网格和所述风场区域的形状，编写有效位置数组矩阵，所述有效位置数组矩阵中，每个元素取值为“1”或“0”，“1”代表可以布置风机的位置，“0”代表不能布置风机的位置，不能布置风机的位置对应于风场区域中地理条件不适合布置风机的地方，及风场区域以外的地方；

步骤S5，以待优化的设计变量构造解空间，运用二进制离散粒子群优化算法在解空间中按照目标函数寻找最优风机布置方案，优化后得到最优风机布置方案。

2.根据要求要求1所述的风场内风机的优化布置方法，其特征在于，

待优化的风场的气象和地理条件包括风场的大小与形状、地表粗糙度z0、风玫瑰图和风速风频分布，所述风玫瑰图包括夏季风资源数据和冬季风资源数据。

3.根据权利要求1所述的风场内风机的优化布置方法，其特征在于，

所述基于Jensen尾流模型计算风电场的总发电量计算，具体为：

以所述风场区域中某台受周边多台机组的尾流影响的风机，得到尾流区的动能损耗，所述尾流区的动能损耗为上游对台风机导致的动能损耗的叠加得到的；

根据所述风电场内安装的风机数量，计算得到风电场的总发电量。