[发明专利]风电场风机叶片选型优化方法

摘要

本发明涉及一种风电场风机叶片选型优化方法，多风向尾流计算的简便方法，可通过直角坐标与极坐标变换求得风机的相对位置关系，从而计算尾流；根据尾流效应公式计算各个风机机组处的风速，再根据风机有功出力模型求得相应风速下发电量；利用插值法得到各个风机机组的实际功率输出；以风电场全寿命周期度电成本最低为目标，在充分考虑风电场的风速分布、风向分布以及机组之间的尾流效应的前提下，对风电场内各台风机的叶片长度进行优化选择，并采用遗传算法对该优化问题进行求解。在不改变风电场装机容量的前提下，提高了风电场效益，降低了度电成本，为风电场规划阶段风电机组选型提供指导。

主权项

一种风电场风机叶片选型优化方法，其特征在于，具体包括如下步骤：1)将整个风电场N台机组的叶片长度组合作为一个个体，随机产生由个体形成初始种群,以度电成本最低作为个体适应度，计算种群中每个个体的适应度；计算个体适应度具体步骤为：A:首先读取各个风机机组位置坐标，运用威布尔分布得到N个风速、风向序列；B:读取其中一个风速、风向序列，B1)通过直角坐标与极坐标变换求得风机的相对位置关系，以风机给定坐标所在坐标系为初始X、Y轴，以坐标原点为为极点，x轴的正半轴为极轴，建立极坐标系，xij为上下游风机机组之间沿垂直于风向方向的距离，dij是上下游风机机组之间沿风向方向距离，设第一上游风机机组直角坐标为(xi，yi)，极坐标为(ρi，θi)；第二下游风机机组直角坐标为(xj，yj)，极坐标为(ρj,θj)，α为风向与Y轴夹角，下面为极坐标变为直角坐标，则xij、dij表示为：xij′=xi2+yi2cos(tan-1yixi+α)-xj2+yj2cos(tan-1yjxj+α)dij′=xi2+yi2sin(tan-1yixi+α)-xj2+yj2sin(tan-1yjxj+α)]]>通过令坐标轴随着风向的改变而变化的方式，机组的相对位置固定表示，从而计算尾流；B2)根据尾流效应公式计算各个风机机组处的风速，风速计算如下：下游风机风速vj计算公式如下：式中：设上游风机机组初始风速为vi,上游风机机组与下游风机机组叶片半径分别为ri、rj，上游风机机组与下游风机机组轮毂高度分别为hi、hj，CT为风机的推力系数；As为为上游风机机组尾流效应对下游风机机组扫风区域的遮挡面积；Aj为下游风机扫风面积；多个上游机组对下游机组的共同影响等效风速为：式中：v0为未经尾流效应影响的风速；vj为单台风机影响下处的风速；N为上游共同影响风机机组总台数；B3)利用插值法得到各个风机机组的实际功率输出；B4)由风玫瑰图得到n风向，由威布尔分布得到m个风速，再利用全寿命周期发电量模型得到风电场有功出力，全寿命周期中风电场有功出力计算公式如下：式中：k为全寿命周期年限；α为风向与Y轴夹角，Y轴为风机给定坐标所在坐标系纵轴；v为风速；NWT为机组台数；Pw为一台机组在特定风速及风向下有功出力；t(v)为一年中风速为v的小时数；p(α)为风向为α的概率；C:然后再选择另一个风速、风向序列，重复步骤B，直到N个风速、风向序列的实际功率输出都计算结束；D：计算此叶片组合下风电场总成本，得到度电成本，即适应度值；2)将计算完个体适应度的种群进行精英选择运算、交叉运算、变异运算后，进行数次迭代后得到最优解，即为风电场风机叶片最优选型。