[发明专利]一种风机排布优化方法

说明书

本发明提供了一种风机排布优化方法，属于风力发电领域，包括：获取目标风电场的地理信息系统的三维点云数据和风数据；根据地理信息系统的三维点云数据建立CFD模型，模拟风场的空间分布；将风场模拟结果与所述风数据中的的单点风速风向数据进行结合，获取风电场空间分布风速和风向时程信息；根据风电场空间分布风速和风向时程信息，利用改进遗传算法优化风机排布，获得优化后的风机排布结果。本发明针对风机排布优化计算效率低和容易陷入局部最优的问题，提出对种群进行唯一化处理的方式加大计算效率，同时提出随时间变化的变异率以尽量避免优化过程陷入局部最优，提出的高效优化算法可很大程度得到比传统算法更佳的风机排布方案。

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，具体涉及一种风机排布优化方法。

背景技术

风能开发的需求越来越大，其核心在于在建设风电场前需对风机的排布方案进行合理优化，保证控制成本的同时使风能利用率尽可能高。但由于风机群之间的尾流影响，导致风机排布方案寻优过程十分复杂，难以获取全局最优的排布方案。

遗传算法是最常用的一种优化算法，已被广泛用于风机排布方案优化求解。现有遗传算法针对种群的所有个体均进行计算，耗时非常长，且变异率为固定，导致算法极易陷入局部最优，获取的风机排布方案并非最优，使得其在风机排布方案的优化上仍存在非常大的改进空间。因此，如何尽量减少遗传算法的耗时并尽可能获取全局最优解，对于提升风机排布方案的效果非常重要。

因此，本发明提出一种风机排布优化方法。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种风机排布优化方法。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种风机排布优化方法，包括以下步骤：

获取目标风电场的地理信息系统的三维点云数据和风数据；

根据地理信息系统的三维点云数据建立CFD模型，模拟风场的空间分布；

将风场模拟结果与所述风数据中的的单点风速风向数据进行结合，获取风电场空间分布风速和风向时程信息；

根据风电场空间分布风速和风向时程信息，利用改进遗传算法优化风机排布，获得优化后的风机排布结果。

优选地，所述根据地理信息系统的三维点云数据建立CFD模型，模拟风场的空间分布，具体包括以下步骤：

根据地理信息系统的三维点云数据建立CFD模型，并对计算区域进行网格划分；

基于网格划分结果，利用雷诺时均法RANS对风场进行模拟，模拟时湍流模型选用Realizable k-ε，模拟十六个风向角下风场的空间分布。

优选地，所述将风场模拟结果与所述风数据中的的单点风速风向数据进行结合，获取风电场空间分布风速和风向时程信息，具体包括以下步骤：

剔除地形对观测的单点风速风向数据的影响，得到全域风气候信息U_10,open；

式中，U_station为单点实测风速数据，z_0,station为观测站地面粗糙长度，z_station为观测点离地高度，z_d,station为观测站零平面位移高度；

将RANS模拟结果与全域风气候信息进行结合，获取风电场空间分布的空间任意点的风速时程信息；

风电场空间分布风速时程信息的计算公式为：