本發(fā)明屬于海上風(fēng)力發(fā)電場設(shè)計(jì)
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種風(fēng)電機(jī)組排布方案的快速生成與優(yōu)化方法。
背景技術(shù)：
：風(fēng)電機(jī)組的排布是海上風(fēng)電場的關(guān)鍵參數(shù)。在設(shè)計(jì)與建造階段，風(fēng)機(jī)選型、交通運(yùn)輸、電氣設(shè)計(jì)、土建工程、施工組織、環(huán)境保護(hù)等多個(gè)環(huán)節(jié)離不開風(fēng)機(jī)排布作為輸入條件；在生產(chǎn)運(yùn)行階段，風(fēng)機(jī)偏航與其他控制策略也需要與風(fēng)機(jī)排布方案相適應(yīng)。海上風(fēng)電場由于地形平坦、下墊面類型單一，風(fēng)能資源分布的空間差異性小，因此通常采取保持風(fēng)機(jī)間距相對固定的規(guī)則化排布方案。形成的風(fēng)機(jī)陣列在充分利用風(fēng)能資源的基礎(chǔ)上，控制用海面積，并減少隨機(jī)排布帶來的視覺沖擊。國內(nèi)外已建成的海上風(fēng)電場所采用的主流風(fēng)機(jī)陣列有矩形、平行四邊形和扇形等三大類。風(fēng)機(jī)排布的優(yōu)劣直接反映在風(fēng)機(jī)間相互干擾產(chǎn)生的尾流強(qiáng)弱，并最終影響整個(gè)風(fēng)電場的發(fā)電效率與風(fēng)機(jī)安全。目前在大型海上風(fēng)電場設(shè)計(jì)過程中，風(fēng)機(jī)排布主要遵從如下原則：(1)陣列方向與風(fēng)電場主導(dǎo)風(fēng)向垂直，多列排布時(shí)前后行錯(cuò)開呈“梅花”型；(2)行間距不低于7倍風(fēng)機(jī)葉輪直徑，列間距不低于5倍風(fēng)機(jī)葉輪直徑；(3)單臺風(fēng)機(jī)因尾流導(dǎo)致的發(fā)電量損失不超過15％。上述做法存在若干缺陷，如無法考慮兩個(gè)甚至多個(gè)主導(dǎo)風(fēng)向，無法指導(dǎo)扇形陣列，風(fēng)機(jī)間距的確定帶有經(jīng)驗(yàn)性，無法保證尾流損失最低等。因此，海上風(fēng)電場風(fēng)機(jī)排布的生成與優(yōu)化面臨代表性有限和效率低等問題。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種海上風(fēng)電場的風(fēng)機(jī)排布方法，包括步驟：S1：確定風(fēng)機(jī)的排布陣列；S2：獲取風(fēng)電場的約束條件數(shù)據(jù)；S3：根據(jù)風(fēng)機(jī)的排布陣列和風(fēng)電場的約束條件篩選候選排布方案；S4：計(jì)算各方案的尾流損失；S5：檢驗(yàn)最優(yōu)方案。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的海上風(fēng)電場的風(fēng)機(jī)排布方法，充分考慮風(fēng)機(jī)排布在形態(tài)、方位、間距等三個(gè)方面的變化，通過定義風(fēng)機(jī)排布基本單元，生成平行四邊形和扇形陣列風(fēng)機(jī)坐標(biāo)，利用枚舉法篩選出滿足風(fēng)電場約束條件的所有候選排布方案，引入尾流數(shù)學(xué)模型，對候選方案逐一進(jìn)行計(jì)算，選出平均尾流損失最低的推薦排布方案，能夠靈活適應(yīng)多主導(dǎo)風(fēng)向的情況與風(fēng)電場的復(fù)雜幾何邊界，陣列篩選范圍更廣，效率更高。進(jìn)一步，所述風(fēng)機(jī)的排布陣列包括平行四邊形和扇形兩類。進(jìn)一步，風(fēng)電場的約束條件數(shù)據(jù)包括風(fēng)機(jī)排布區(qū)域邊界數(shù)據(jù)和風(fēng)機(jī)的數(shù)目。進(jìn)一步，所述步驟S3進(jìn)一步包括步驟：S31：確定西南、西北、東北、東南共4個(gè)固定點(diǎn)S1～S4；S32：確定陣列排布的起始機(jī)位P0，坐標(biāo)記為(X0，Y0)；S32：確定陣列的行數(shù)n和列數(shù)m；S33：計(jì)算陣列機(jī)位P(i,j)的坐標(biāo)(Xi，Yj)，其中，i＝1,2,…n，j＝1,2,…m；S34：剔除位于內(nèi)、外邊界之外的無效機(jī)位P″，有效機(jī)位P′(i,j)總數(shù)記為N′；S35：循環(huán)控制，判斷N′是否等于N，如果是，將P′列為候選排布方案，如果否，轉(zhuǎn)到步驟S31。進(jìn)一步，所述步驟S4具體包括步驟：S41：計(jì)算單個(gè)扇區(qū)風(fēng)速損失；S42：計(jì)算單個(gè)扇區(qū)功率損失；S43：尾流計(jì)算循環(huán)控制，判斷是否全部扇區(qū)的尾流計(jì)算都已經(jīng)完成，如果是，轉(zhuǎn)到步驟S44，如果否，轉(zhuǎn)到步驟S41；S44：計(jì)算平均尾流損失；S45：排布方案循環(huán)控制，判斷是否全部排布方案都已經(jīng)計(jì)算完平均尾流損失，如果是，轉(zhuǎn)到步驟S46，如果否，轉(zhuǎn)到步驟S41；S46：獲得平均尾流損失最低的N個(gè)方案，N>1。進(jìn)一步，步驟S5進(jìn)一步包括步驟：S51：建立風(fēng)向頻率變動(dòng)模型；S52：計(jì)算平均尾流損失；S53：評價(jià)變動(dòng)度指標(biāo)；S54:推薦風(fēng)機(jī)排布方案。進(jìn)一步，所述步驟S4具體為：利用成熟的N.O.Jensen模型，在0°至360°平均劃分144個(gè)扇區(qū)對候選排布方案的逐臺風(fēng)機(jī)進(jìn)行風(fēng)速損失和功率損失計(jì)算，并用平均功率損失表示整個(gè)陣列的平均尾流損失。進(jìn)一步，所述步驟S5具體為：選出平均尾流損失最低的5個(gè)候選排布方案，利用風(fēng)向頻率變動(dòng)模型重新計(jì)算各自的尾流損失，確定平均尾流損失的變化范圍，選擇變動(dòng)度最小的候選排布方案作為推薦排布方案。進(jìn)一步，所述風(fēng)機(jī)的排布陣列具體為：風(fēng)機(jī)陣列的基本單元定義為風(fēng)機(jī)排布方案中每4臺風(fēng)機(jī)的相對位置所形成的平面形態(tài)，若基本單元為平行四邊形，長對角線AC稱為主對角線，短對角線BD稱為次對角線，控制參數(shù)包括主對角線的方位角α，主、次對角線間的夾角β，以及主、次對角線的長度d1、d2；若基本單元為扇形，短弧AD與長弧BC共圓，圓心為O；半徑OA稱為短徑，OB稱為長徑，直線AB稱為始邊，直線CD稱為終邊，控制參數(shù)包括扇形始邊的方位角α，始、終邊間的夾角β，以及長、短徑的長度d1、d2。進(jìn)一步，所述步驟S3具體的計(jì)算方法為：若風(fēng)機(jī)陣列為平行四邊形，P0坐標(biāo)由兩條虛擬線L1、L2相交確定，L1、L2的斜率記為k1、k2，當(dāng)0°≤α<90°，L1、L2分別經(jīng)過S1、S4；當(dāng)90°≤α<180°，L1、L2分別經(jīng)過S2、S1；當(dāng)180°≤α<270°，L1、L2分別經(jīng)過S3、S2；當(dāng)270°≤α<360°，L1、L2分別經(jīng)過S4、S3，P0(X0，Y0)則根據(jù)解析幾何中的兩直線交點(diǎn)公式確定；n、m由兩組虛擬平行線L1、L′1和L2、L′2共同確定，當(dāng)0°≤α<90°，L′1、L′2分別經(jīng)過S3、S2；當(dāng)90°≤α<180°，L′1、L′2分別經(jīng)過S4、S3；當(dāng)180°≤α<270°，L′1、L′2分別經(jīng)過S1、S4；當(dāng)270°≤α<360°，L′1、L′2分別經(jīng)過S2、S1；記L1、L′1在東西方向上投影之間的距離為dX，記L2、L′2在南北方向上投影之間的距離為dY，平行四邊形的邊AB、邊AD長度分別為x、y，可由α、β、d1、d2根據(jù)三角形余弦定理計(jì)算得到；n、m表達(dá)式如下：n＝dX/xm＝dY/y機(jī)位P(i,j)的坐標(biāo)(Xi，Yj)表達(dá)式如下：Xi＝X0+(i–1)×xi＝1,2,…n，Yj＝Y(jié)0+(j–1)×yj＝1,2,…m若風(fēng)機(jī)陣列為扇形，P0坐標(biāo)由S1～S4經(jīng)過坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)后確定，坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)角為α+β/2。記旋轉(zhuǎn)后的S1～S4為S′1～S′4，重新計(jì)算X′min、X′max、Y′min、Y′max。旋轉(zhuǎn)后的(X0，Y0)記為(X′0，Y′0)，(X′0，Y′0)和(X0，Y0)表達(dá)式如下：X′0＝(X′min+X′max)/2Y′0＝Y(jié)′min–d2X0＝X′0cos(α+β/2)+Y′0sin(α+β/2)Y0＝X′0cos(α+β/2)-Y′0sin(α+β/2)n、m表達(dá)式如下：n=(Xmax′-X0′)2+(Ymax′-Y0′)2-(Xmin′-X0′)2+(Ymin′-Y0′)2d1-d2]]>m=[atan(Xmax′-X′(Xmax′-X0′)2+(Ymax′-Y0′)2)-atan(X0′-Xmin′(Xmin′-X0′)2+(Yinx′-Y0′)2)]180πβ]]>機(jī)位P(i,j)的坐標(biāo)(Xi，Yj)表達(dá)式如下：Xi=X0+[d2+(i,1)(d1-d2)]sin[atan(X0′-Xmin′(Xmin′-X0′)2+(Yinx′-Y0′)2)+(j-1)β]cos(α+β/2)+[d2+(i-1)(d1-d2)]cos[atan(X0′-Xmin′(Xmin′-X0′)2+(Yinx′-Y0′)2)+(j-1)βsin(α+β/2)]]>Yj=Y0+[d2+(i-1)(d1-d2)]cos[atan(X0′-Xmin′(Xmin′-X0′)2+(Yinx′-Y0′)2)+(j-1)β]cos(α+β/2)-[d2+(i-1)(d1-d2)]cos[atan(X0′-Xmin′(Xmin′-X0′)2+(Yinx′-Y0′)2)+(j-1)βsin(α+β/2)]]>進(jìn)一步，所述步驟S4具體計(jì)算方法為：單臺風(fēng)機(jī)在單個(gè)扇區(qū)所受實(shí)際風(fēng)速損失dv′為：dv′=Σn(dv)2]]>dv=φ[1-1-CT](RR+kL)2]]>其中，n為上風(fēng)向尾流個(gè)數(shù)；CT為風(fēng)機(jī)推力系數(shù)；R為風(fēng)機(jī)葉輪半徑；L為風(fēng)機(jī)間距在風(fēng)向上的投影距離；k為尾流衰減系數(shù)，Φ為尾流遮蔽系數(shù)，表明風(fēng)機(jī)被上風(fēng)向尾流遮蔽的程度，單臺風(fēng)機(jī)在單個(gè)扇區(qū)所受實(shí)際功率損失dP′為：dP′=∫vsveg(v)f(v)dv-∫vsveg(v)f[v(1-dv′)]dv]]>其中，vs、ve為風(fēng)機(jī)切入和切出風(fēng)速；f(v)為風(fēng)機(jī)功率曲線，g(v)為風(fēng)速在該扇區(qū)的概率密度分布，平均尾流損失dW′為：dW′=Σj=1144ωj·Σi=1NdPi′N]]>其中，N為風(fēng)機(jī)數(shù)目；ω為各個(gè)風(fēng)向扇區(qū)的權(quán)重，根據(jù)海上風(fēng)電場測風(fēng)塔在12、16或48個(gè)方位的風(fēng)向頻率分布結(jié)果平均分配。進(jìn)一步，步驟S5具體為：記測風(fēng)塔的風(fēng)向頻率分布為J(θi)，i＝1,2,…h(huán)，h為風(fēng)向扇區(qū)數(shù)目；θ為扇區(qū)風(fēng)向，單位為度；主導(dǎo)風(fēng)向記為θp，相應(yīng)頻率為J(θp)。風(fēng)向頻率變動(dòng)模型設(shè)置8種變動(dòng)情景，模擬風(fēng)向在年際、年代際尺度上的變化：(1)J(θp)增加30％，其余扇區(qū)的頻率相應(yīng)平均減少；(2)J(θp)減少30％，其余扇區(qū)的頻率相應(yīng)平均增多；(3)θp左移一個(gè)扇區(qū)，J(θp)保持不變；(4)θp右移一個(gè)扇區(qū)，J(θp)保持不變；(5)θp左移一個(gè)扇區(qū)，J(θp)增加30％，其余扇區(qū)的頻率相應(yīng)平均減少；(6)θp左移一個(gè)扇區(qū)，J(θp)減少30％，其余扇區(qū)的頻率相應(yīng)平均增多；(7)θp右移一個(gè)扇區(qū)，J(θp)增加30％，其余扇區(qū)的頻率相應(yīng)平均減少；(8)θp右移一個(gè)扇區(qū)，J(θp)減少30％，其余扇區(qū)的頻率相應(yīng)平均增多。對以上8種情景重新計(jì)算平均尾流損失dWi′,i＝1,2,…8，形成尾流損失區(qū)間dWmin′～dWmax′；變動(dòng)度指標(biāo)定義為dWmax′/dWmin′。為了能更清晰的理解本發(fā)明，以下將結(jié)合附圖說明闡述本發(fā)明的具體實(shí)施方式。附圖說明圖1是本發(fā)明的海上風(fēng)電場的風(fēng)機(jī)排布方法的步驟流程圖。圖2是本發(fā)明的風(fēng)機(jī)陣列的基本單元的示意圖。圖3是本發(fā)明的風(fēng)機(jī)陣列潛在基本單元的示意圖。圖4是本發(fā)明的風(fēng)電場約束條件的示意圖。圖5是本篩選候選排布方案的步驟流程圖。圖6是本發(fā)明的風(fēng)機(jī)陣列生成的示意圖。圖7是計(jì)算各方案的尾流損失的步驟流程圖。圖8是檢驗(yàn)最優(yōu)方案的步驟流程圖。具體實(shí)施方式本發(fā)明的海上風(fēng)電場的風(fēng)機(jī)排布方法整體技術(shù)方案主要包含以下幾個(gè)核心過程：(1)風(fēng)機(jī)陣列基本單元的定義；(2)風(fēng)電場約束條件的定義；(3)候選排布方案的篩選；(4)風(fēng)機(jī)尾流損失的計(jì)算；(5)最優(yōu)排布方案的檢驗(yàn)。如圖1所示，本發(fā)明的海上風(fēng)電場的風(fēng)機(jī)排布方法，包括步驟：S1：確定風(fēng)機(jī)的排布陣列；S2：獲取風(fēng)電場的約束條件數(shù)據(jù)；S3：根據(jù)風(fēng)機(jī)的排布陣列和風(fēng)電場的約束條件篩選候選排布方案；S4：計(jì)算各方案的尾流損失；S5：檢驗(yàn)最優(yōu)方案。以下對各步驟作詳細(xì)介紹：S1：確定風(fēng)機(jī)的排布陣列。風(fēng)機(jī)陣列的基本單元定義為指風(fēng)機(jī)排布方案中每4臺風(fēng)機(jī)的相對位置所形成的平面形態(tài)，包括平行四邊形和扇形兩類，均由兩個(gè)角度和兩個(gè)長度控制，如圖2所示。若基本單元為平行四邊形，如圖2所示，長對角線AC稱為主對角線，短對角線BD稱為次對角線。控制參數(shù)包括主對角線的方位角α，主、次對角線間的夾角β，以及主、次對角線的長度d1、d2。若基本單元為扇形，如圖2所示，短弧AD與長弧BC共圓，圓心為O；半徑OA稱為短徑，OB稱為長徑，直線AB稱為始邊，直線CD稱為終邊?？刂茀?shù)包括扇形始邊的方位角α，始、終邊間的夾角β，以及長、短徑的長度d1、d2。α取值范圍為0°～359°，步長為1°。β取值范圍為1°～179°(平行四邊形，90°為矩形)或1°～359°(扇形)，步長為1°。d1、d2的取值范圍為風(fēng)機(jī)葉輪直徑的任意倍數(shù)，步長為風(fēng)機(jī)葉輪直徑的十分之一；d2≤d1(平行四邊形)或<d1(扇形)。利用計(jì)算機(jī)編程，對α、β、d1、d2的不同取值進(jìn)行組合，形成所有潛在的基本單元，如圖3所示。S2：獲取風(fēng)電場的約束條件數(shù)據(jù)。風(fēng)電場約束條件的定義包括風(fēng)機(jī)排布區(qū)域邊界定義和風(fēng)機(jī)數(shù)目定義，如圖4所示。風(fēng)電場資料包括：風(fēng)電場外邊界、限制性區(qū)域、預(yù)留區(qū)域、規(guī)劃容量，由這些數(shù)據(jù)可以計(jì)算出風(fēng)機(jī)排布區(qū)域；風(fēng)機(jī)資料包括單機(jī)額定功率，結(jié)合規(guī)劃容量，可以計(jì)算出風(fēng)機(jī)數(shù)目。風(fēng)機(jī)排布區(qū)域由外邊界和內(nèi)邊界組成，外邊界為整個(gè)風(fēng)電場的邊界，內(nèi)邊界為風(fēng)電場內(nèi)部的限制性區(qū)域(不良地質(zhì)區(qū)、急流區(qū)等)或預(yù)留區(qū)域(如海上升壓站、測風(fēng)塔等)的邊界，例如采用北京54、西安80或UTM坐標(biāo)系進(jìn)行描述。風(fēng)機(jī)排布限定在內(nèi)、外邊界之間。風(fēng)機(jī)排布的風(fēng)機(jī)數(shù)目N決定于風(fēng)電場規(guī)劃容量E和所選機(jī)型的單機(jī)額定容量e：N＝E/eS3：根據(jù)風(fēng)機(jī)的排布陣列和風(fēng)電場的約束條件篩選候選排布方案。如圖5所示，候選排布方案的篩選包括以下步驟：S31：確定西南、西北、東北、東南共4個(gè)固定點(diǎn)S1～S4；S1～S4，坐標(biāo)依次為(Xmin，Ymin),(Xmin，Ymax)，(Xmax，Ymax)，(Xmax，Ymin)；其中Xmin、Xmax為風(fēng)電場邊界在東西方向坐標(biāo)的最小、最大值；Ymin、Ymax為南北方向坐標(biāo)的最小、最大值。S32：確定陣列排布的起始機(jī)位P0，坐標(biāo)記為(X0，Y0)；S32：確定陣列的行數(shù)n和列數(shù)m；S33：計(jì)算陣列機(jī)位P(i,j)的坐標(biāo)(Xi，Yj)，其中，i＝1,2,…n，j＝1,2,…m；S34：剔除位于內(nèi)、外邊界之外的無效機(jī)位P″，有效機(jī)位P′(i,j)總數(shù)記為N′；S35：循環(huán)控制，判斷N′是否等于N，如果是，將P′列為候選排布方案，如果否，轉(zhuǎn)到步驟S31。對n,m還有P(i,j)的具體如下：若陣列為平行四邊形，如圖6所示，P0坐標(biāo)由兩條虛擬線L1、L2相交確定，L1、L2的斜率記為k1、k2(與圖2中平行四邊形斜邊AB、AD平行)，可由α、β、d1、d2根據(jù)三角形余弦定理計(jì)算得到。當(dāng)0°≤α<90°，L1、L2分別經(jīng)過S1、S4；當(dāng)90°≤α<180°，L1、L2分別經(jīng)過S2、S1；當(dāng)180°≤α<270°，L1、L2分別經(jīng)過S3、S2；當(dāng)270°≤α<360°，L1、L2分別經(jīng)過S4、S3。(X0，Y0)則根據(jù)解析幾何中的兩直線交點(diǎn)公式確定。n、m由兩組虛擬平行線L1、L′1和L2、L′2共同確定，當(dāng)0°≤α<90°，L′1、L′2分別經(jīng)過S3、S2；當(dāng)90°≤α<180°，L′1、L′2分別經(jīng)過S4、S3；當(dāng)180°≤α<270°，L′1、L′2分別經(jīng)過S1、S4；當(dāng)270°≤α<360°，L′1、L′2分別經(jīng)過S2、S1。記L1、L′1在東西方向上投影之間的距離為dX，記L2、L′2在南北方向上投影之間的距離為dY，圖2中AB、AD長度分別為x、y，可由α、β、d1、d2根據(jù)三角形余弦定理計(jì)算得到，則n、m表達(dá)式如下：n＝dX/xm＝dY/y機(jī)位P(i,j)的坐標(biāo)(Xi，Yj)表達(dá)式如下：Xi＝X0+(i–1)×xi＝1,2,…n，Yj＝Y(jié)0+(j–1)×yj＝1,2,…m若陣列為扇形，如圖6所示，P0坐標(biāo)由S1～S4經(jīng)過坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)后確定，坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)角為α+β/2。記旋轉(zhuǎn)后的S1～S4為S′1～S′4，重新計(jì)算X′min、X′max、Y′min、Y′max。旋轉(zhuǎn)后的(X0，Y0)記為(X′0，Y′0)，(X′0，Y′0)和(X0，Y0)表達(dá)式如下：X′0＝(X′min+X′max)/2Y′0＝Y(jié)′min–d2X0＝X′0cos(α+β/2)+Y′0sin(α+β/2)Y0＝X′0cos(α+β/2)-Y′0sin(α+β/2)n、m表達(dá)式如下：n=(Xmax′-X0′)2+(Ymax′-Y0′)2-(Xmin′-X0′)2+(Ymin′-Y0′)2d1-d2]]>m=[atan(Xmax′-X′(Xmax′-X0′)2+(Ymax′-Y0′)2)-atan(X0′-Xmin′(Xmin′-X0′)2+(Yinx′-Y0′)2)]180πβ]]>機(jī)位P(i,j)的坐標(biāo)(Xi，Yj)表達(dá)式如下：Xi=X0+[d2+(i-1)(d1-d2)]sin[atan(X0′-Xmin′(Xmin′-X0′)2+(Yinx′-Y0′)2)+(j-1)β]cos(α+β/2)+[d2+(i-1)(d1-d2)]cos[atan(X0′-Xmin′(Xmin′-X0′)2+(Yinx′-Y0′)2)+(j-1)βsin(α+β/2)]]>Yj=Y0+[d2+(i-1)(d1-d2)]cos[atan(X0′-Xmin′(Xmin′-X0′)2+(Yinx′-Y0′)2)+(j-1)β]cos(α+β/2)-[d2+(i-1)(d1-d2)]cos[atan(X0′-Xmin′(Xmin′-X0′)2+(Yinx′-Y0′)2)+(j-1)βsin(α+β/2)]]>S4：計(jì)算各方案的尾流損失。如圖7所示，步驟S4具體包括以下步驟：S41：計(jì)算單個(gè)扇區(qū)風(fēng)速損失；S42：計(jì)算單個(gè)扇區(qū)功率損失；S43：尾流計(jì)算循環(huán)控制，判斷是否全部扇區(qū)的尾流計(jì)算都已經(jīng)完成，如果是，轉(zhuǎn)到步驟S44，如果否，轉(zhuǎn)到步驟S41；S44：計(jì)算平均尾流損失；S45：排布方案循環(huán)控制，判斷是否全部排布方案都已經(jīng)計(jì)算完平均尾流損失，如果是，轉(zhuǎn)到步驟S46，如果否，轉(zhuǎn)到步驟S41；S46：獲得平均尾流損失最低的N個(gè)方案，N>1。具體地，利用經(jīng)典的N.O.Jensen模型，在0°～360°平均劃分144個(gè)扇區(qū)對候選排布方案的逐臺風(fēng)機(jī)進(jìn)行風(fēng)速損失和功率損失計(jì)算，并用平均功率損失表示整個(gè)陣列的平均尾流損失。單臺風(fēng)機(jī)在單個(gè)扇區(qū)所受實(shí)際風(fēng)速損失dv′為：dv′=Σn(dv)2]]>dv=φ[1-1-CT](RR+kL)2]]>式中，n為上風(fēng)向尾流個(gè)數(shù)；CT為風(fēng)機(jī)推力系數(shù)；R為風(fēng)機(jī)葉輪半徑；L為風(fēng)機(jī)間距在風(fēng)向上的投影距離；k為尾流衰減系數(shù)，根據(jù)海面條件取為0.04；Φ為尾流遮蔽系數(shù)，表明風(fēng)機(jī)被上風(fēng)向尾流遮蔽的程度，取值范圍為0～1。單臺風(fēng)機(jī)在單個(gè)扇區(qū)所受實(shí)際功率損失dP′為：dP′=∫vsveg(v)f(v)dv-∫vsveg(v)f[v(1-dv′)]dv]]>其中，vs、ve為風(fēng)機(jī)切入和切出風(fēng)速；f(v)為風(fēng)機(jī)功率曲線；g(v)為風(fēng)速在該扇區(qū)的概率密度分布，采用Weibull分布形式。平均尾流損失dW′為：dW′=Σj=1144ωj·Σi=1NdPi′N]]>其中，N為風(fēng)機(jī)數(shù)目；ω為各個(gè)風(fēng)向扇區(qū)的權(quán)重，根據(jù)海上風(fēng)電場測風(fēng)塔在12、16或48個(gè)方位的風(fēng)向頻率分布結(jié)果平均分配。這里N可以根據(jù)實(shí)際情況而定，例如可以取5，獲得平均尾流損失最低的5個(gè)方案。S5：檢驗(yàn)最優(yōu)方案。選出平均尾流損失最低的5個(gè)候選排布方案，利用風(fēng)向頻率變動(dòng)模型重新計(jì)算各自的尾流損失，確定平均尾流損失的變化范圍，選擇變動(dòng)度最小的候選排布方案作為推薦排布方案。如圖8所示，步驟S5具體包括以下步驟：S51：建立風(fēng)向頻率變動(dòng)模型；S52：計(jì)算平均尾流損失；S53：評價(jià)變動(dòng)度指標(biāo)；S54:推薦風(fēng)機(jī)排布方案。具體地，記測風(fēng)塔的風(fēng)向頻率分布為J(θi)，i＝1,2,…h(huán)，h為風(fēng)向扇區(qū)數(shù)目；θ為扇區(qū)風(fēng)向，單位為度；主導(dǎo)風(fēng)向記為θp，相應(yīng)頻率為J(θp)。風(fēng)向頻率變動(dòng)模型設(shè)置8種變動(dòng)情景，模擬風(fēng)向在年際、年代際尺度上的變化：(1)J(θp)增加30％，其余扇區(qū)的頻率相應(yīng)平均減少；(2)J(θp)減少30％，其余扇區(qū)的頻率相應(yīng)平均增多；(3)θp左移一個(gè)扇區(qū)，J(θp)保持不變；(4)θp右移一個(gè)扇區(qū)，J(θp)保持不變；(5)θp左移一個(gè)扇區(qū)，J(θp)增加30％，其余扇區(qū)的頻率相應(yīng)平均減少；(6)θp左移一個(gè)扇區(qū)，J(θp)減少30％，其余扇區(qū)的頻率相應(yīng)平均增多；(7)θp右移一個(gè)扇區(qū)，J(θp)增加30％，其余扇區(qū)的頻率相應(yīng)平均減少；(8)θp右移一個(gè)扇區(qū)，J(θp)減少30％，其余扇區(qū)的頻率相應(yīng)平均增多。對8種情景重新計(jì)算平均尾流損失dWi′,i＝1,2,…8，形成尾流損失區(qū)間dWmin′～dWmax′；變動(dòng)度指標(biāo)定義為dWmax′/dWmin′。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的海上風(fēng)電場的風(fēng)機(jī)排布方法，充分考慮風(fēng)機(jī)排布在形態(tài)、方位、間距等三個(gè)方面的變化，通過定義風(fēng)機(jī)排布基本單元，生成平行四邊形和扇形陣列風(fēng)機(jī)坐標(biāo)，利用枚舉法篩選出滿足風(fēng)電場約束條件的所有候選排布方案，引入尾流數(shù)學(xué)模型，對候選方案逐一進(jìn)行計(jì)算，選出平均尾流損失最低的推薦排布方案，能夠靈活適應(yīng)多主導(dǎo)風(fēng)向的情況與風(fēng)電場的復(fù)雜幾何邊界，陣列篩選范圍更廣，效率更高。本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施方式，如果對本發(fā)明的各種改動(dòng)或變形不脫離本發(fā)明的精神和范圍，倘若這些改動(dòng)和變形屬于本發(fā)明的權(quán)利要求和等同技術(shù)范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變形。當(dāng)前第1頁1 2 3