[发明专利]一种考虑尾流效应的海上风电机组维护路径随机规划方法

说明书

本发明涉及一种考虑尾流效应的海上风电机组维护路径随机规划方法，包括以下步骤：1)描述海洋天气中风、浪、涌的相关性和不确定性；2)考虑人员、船只、惩罚和停机损失的各项成本构成，以维护成本最小作为目标函数，并基于风、浪、涌对船只航行时间以及出海可及窗口的影响构建对应的约束条件；3)由于维护状态会改变机组间尾流分布，结合尾流模型与维护状态描述各机组输入风速的变化，并精细化目标函数中的机组停机损失；4)对目标函数进行求解，得到最优的维护路径。与现有技术相比，本发明具有适应性强、经济性高、求解速度快等优点。

技术领域

本发明涉及海上风电场检修调度领域，尤其是涉及一种考虑尾流效应的海上风电机组维护路径随机规划方法。

背景技术

海上风电相比于陆上风电，具有平均风速高，发电利用小时数高等显著优势，近年来发展迅速。然而受到海洋环境的制约，海上运行维护难度和成本均较大。据资料统计表明，海上风电机组的运维成本约占全生命周期成本的40％，是陆上风电运维成本的2-3倍。并且随着海上风电场的规模化发展和远离海岸的建设，运维船在风电场内的航行时间增加，进出风电场的路径变长，这使得海上运维成本进一步增加。所以合理地优化维护路径，降低运维成本是目前海上风电运维管理的重要要求。

在开展海上风电维护工作时，风、浪、涌等因素会影响运维船的出海可及窗口和航行时间，是制约维护作业开展的重要因素。一些文献在制定维护策略时，为了简化计算仅计及风速对海上风电场可及性的影响，对天气状态进行划分，以此对维护的天气等待时间进行计算。此外，也有一些文献考虑风速和浪高这两种主要天气因素，采用马尔科夫法分别描述两种因素的时序变化关系，并构建了可及度指标用于评估海上风电机组维修的可及性。这些研究中的风、浪等天气因素大多按照预测值或转化为可及因子，构建了确定性的维护模型。但是，考虑到受海洋环境的影响，风、浪、涌具有较强的相关性和难以预测性，确定性的维护策略无法适应所有可能的情况。为此，综合考虑风、浪、涌三者相关性和不确定性的维护模型仍需进一步研究。

海上风电机组的维护路径规划属于短期维护策略，是指在满足各类运维约束下，构建运维船的最优维护路径以实现成本最低。现有停机损失模型均忽略了风速变化对停机损失的影响，在短期的维护路径规划中，这种模型较为粗糙。同时由于海洋占地资源的有限性，风电机组之间具有较强的尾流效应。因此，为了准确评估停机损失对路径决策制定的影响，需进一步研究在风速变化下考虑尾流效应的停机损失模型。

此外，由于海上风电机组维护时需要考虑船只、备件、人员、天气的不确定性等诸多因素，且运维船维护路径的组合会随着维护任务的完成而发生改变，处于维护状态的机组将使得机组间尾流分布发生变化，下风向机组的输入风速受到影响，这使得短期维护下路径的求取变得非常复杂，这是一个包含连续变量和离散变量的多约束非线性优化问题。

因此，急需一种考虑尾流效应的海上风电机组维护路径随机规划方法，能够针对复杂的海洋环境，描述风、浪、涌相关性和随机性，同时能考虑到维护状态与机组间尾流分布的关联性。建立相应的维护路径随机规划模型，来为风电场维护获取更优的经济效益并且为决策者提供更多决策支持。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种考虑尾流效应的海上风电机组维护路径随机规划方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种考虑尾流效应的海上风电机组维护路径随机规划方法，包括以下步骤：

1)描述海洋天气中风、浪、涌的相关性和不确定性；

2)考虑人员、船只、惩罚和停机损失的各项成本构成，以维护成本最小作为目标函数，并基于风、浪、涌对船只航行时间以及出海可及窗口的影响构建对应的约束条件；

3)由于维护状态会改变机组间尾流分布，结合尾流模型与维护状态描述各机组输入风速的变化，并精细化目标函数中的机组停机损失；