[发明专利]一种风场内风机的优化布置方法和系统

说明书

本发明公开了一种风场内风机的优化布置方法和系统，方法为：获取风场的气象和地理条件，以及待选的风机参数；确定至少一个优化目标及至少一个优化约束；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；对应于矩形区域的网格和风场区域的形状，编写有效位置数组矩阵，有效位置数组矩阵中，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。

技术领域：

本发明涉及风电领域，尤其涉及一种风场内风机的优化布置方法和系统。

背景技术：

随着能源需求的不断增大和风电开发风潮的不断升温，风电场的前期规划与开发得到了越来越多的重视。风机的优化布置是风电场前期规划中的关键环节，直接影响了风资源的利用率、土地资源的利用率以及风电场的经济性水平。对于一个总占地面积给定的风电场，若不考虑各风机尾流的相互影响，则布置风机数量越多，总发电量就越大，经济性就越好。但实际情况中，由于尾流效应，上游的风机会对下游风机造成影响——轮毂处风速减小，湍流度增大，所以一个面积固定的风场所能安置的风机数量是有限的，存在一最佳值，使得风场的经济性最好。因此，根据风电场场址处的风能资源情况，在选定风机型号后，合理地确定风机布置数量及位置，对于提高风电场的经济性是非常重要的。

目前工程领域中广泛使用商业软件来解决风电场的规划问题。商业软件具有自动布机方案的功能，即设计人员输入风场装机容量、风机台数、风机间间距等参数后，软件会自动生成布机方案，设计人员往往过分依赖此功能。此自动布机方案的原理是软件首先搜索风电场中发电量最好的第一个机位，搜索到并固定此机位后，软件开始搜索第二个发电量最大的机位，搜索到并固定此机位后，软件继续搜索第三个机位……以此类推，最终生成整个风电场的布局方案。然而此方案局限在了某些风机的单机发电量，没有考虑到整个风场的综合发电量，因此，此布机方法并不属于优化方法，最终得到的布机方案并不是最佳方案。

此外，现有风场的风力发电机普遍为单叶轮风力发电机，发电效率较低，且只能通过调节叶片的倾斜角度、叶轮大小来间接调整发电效率。因此，急需提供一种双叶轮的风机结构，以根据风速做叶轮的选择和调整，间接提高风能利用率，并且对这种双叶轮结构的风机进行优化布置的方法也是一大难题。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种风场内风机的优化布置方法和系统，通过风电场场址处的风能资源情况，考虑到影响风机布置的多维数据，基于二进制离散粒子群优化算法自动生成度电成本最小或总发电量最大的最优布置方案。同时提出了一种改进后的双叶轮风力发电机及其优化布置方法，大大提高了风能利用效能。

本发明由如下技术方案实施：

第一方面，本发明提供一种风场内风机的优化布置方法，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；

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。