本技術(shù)屬于風(fēng)力發(fā)電，特別涉及一種考慮區(qū)域限制的風(fēng)電機組排布優(yōu)化方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、風(fēng)力發(fā)電因其環(huán)保、低碳的特性，已經(jīng)成為實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要手段之一。風(fēng)力發(fā)電場的規(guī)劃與建設(shè)過程中，風(fēng)電機組的排布問題直接關(guān)系到整個風(fēng)電場的發(fā)電效率、建設(shè)成本以及環(huán)境影響等多個方面。因此，如何優(yōu)化風(fēng)電機組的排布成為風(fēng)電場設(shè)計中的關(guān)鍵問題。

2、目前風(fēng)電機組排布優(yōu)化的發(fā)展主要集中在搜索算法方面。隨著計算技術(shù)的發(fā)展和優(yōu)化算法的進步，越來越多的智能優(yōu)化算法被應(yīng)用于風(fēng)電機組排布優(yōu)化中，如遺傳算法、粒子群優(yōu)化算法和模擬退火算法等。這些算法通過模擬真實的風(fēng)場環(huán)境和優(yōu)化計算，可以在更大程度上提高風(fēng)電場的整體效益。這些算法大多建立在理想條件下，認(rèn)為整個風(fēng)資源圖譜中的所有區(qū)域均可以布放風(fēng)電機組。

3、然而，風(fēng)電場的建設(shè)需要在現(xiàn)實空間中進行，受到地形地貌、土地利用、環(huán)境保護、噪聲控制和安全距離等多種區(qū)域限制條件的影響。這些限制條件使得風(fēng)電機組布置的區(qū)域往往不為規(guī)則的矩形空間，因此排布問題變得更加復(fù)雜。如何在考慮這些區(qū)域限制條件下，合理地實現(xiàn)風(fēng)電機組排布優(yōu)化，目前相關(guān)技術(shù)研究還比較少。因此，提出一種考慮區(qū)域限制的風(fēng)電機組排布優(yōu)化方法及系統(tǒng)，可以在保證風(fēng)資源利用效率的前提下，更好地滿足現(xiàn)實情況中復(fù)雜的各種區(qū)域限制要求，具有重要的研究意義和應(yīng)用價值。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本技術(shù)的目的是提供一種考慮區(qū)域限制的風(fēng)電機組排布優(yōu)化方法及系統(tǒng)，實現(xiàn)對于現(xiàn)實復(fù)雜區(qū)域限制條件下的風(fēng)電機組排布優(yōu)化。

2、為了解決上述技術(shù)問題，本技術(shù)采用的技術(shù)方案為：

3、第一方面，本技術(shù)提供一種考慮區(qū)域限制的風(fēng)電機組排布優(yōu)化方法，包括：

4、解析用戶上傳的限制區(qū)域文件或讀取用戶設(shè)置的限制區(qū)域范圍，識別并處理風(fēng)資源圖譜中的布放區(qū)域和禁放區(qū)域；根據(jù)布放區(qū)域和禁放區(qū)域，構(gòu)造可布放風(fēng)電機組的初始區(qū)域網(wǎng)格；

5、解析用戶上傳的機位點初始位置文件，得到初始風(fēng)電機組排布；基于初始風(fēng)電機組排布，計算風(fēng)電機組初始尾流發(fā)電量，作為初始的風(fēng)電機組排布基準(zhǔn)；

6、進行尾流發(fā)電量計算迭代：在區(qū)域限制條件下，通過兩輪位置更新，隨機選擇并更新準(zhǔn)新風(fēng)電機組排布；根據(jù)準(zhǔn)新風(fēng)電機組排布，使用尾流模型計算準(zhǔn)新風(fēng)電機組排布下的準(zhǔn)新尾流發(fā)電量；當(dāng)準(zhǔn)新尾流發(fā)電量大于初始尾流發(fā)電量時，將準(zhǔn)新風(fēng)電機組排布更新為新的基準(zhǔn)風(fēng)電機組排布，同時將準(zhǔn)新尾流發(fā)電量更新為新的基準(zhǔn)尾流發(fā)電量；返回并繼續(xù)循環(huán)優(yōu)化直至迭代結(jié)束，將迭代結(jié)束時風(fēng)電機組排布和尾流發(fā)電量作為最優(yōu)風(fēng)電機組排布方案并輸出。

7、作為本技術(shù)進一步改進，所述解析用戶上傳的限制區(qū)域文件或讀取用戶設(shè)置的限制區(qū)域范圍，識別并處理風(fēng)資源圖譜中的布放區(qū)域和禁放區(qū)域，具體包括：

8、用戶上傳的限制區(qū)域解析包括多邊形區(qū)域解析和圓形區(qū)域解析，限制區(qū)域的類型包括布放區(qū)域和禁放區(qū)域；

9、多邊形區(qū)域解析是對于多條線段圍成的閉合多邊形區(qū)域的解析，獲取多邊形所有端點的排列順序的坐標(biāo)，通過排列順序依次連接各端點，描述多邊形所在區(qū)域范圍；

10、圓形區(qū)域解析是通過記錄圓心的坐標(biāo)以及圓的半徑描述圓形區(qū)域。

11、作為本技術(shù)進一步改進，所述根據(jù)布放區(qū)域和禁放區(qū)域，構(gòu)造可布放風(fēng)電機組的初始區(qū)域網(wǎng)格；包括：

12、根據(jù)布放區(qū)域和禁放區(qū)域，構(gòu)造初始可布放區(qū)域網(wǎng)格，包括大網(wǎng)格變量和小網(wǎng)格變量；

13、大網(wǎng)格以分辨率分割風(fēng)資源圖譜區(qū)域形成大網(wǎng)格，大網(wǎng)格變量有-1,0,1三種取值，當(dāng)大網(wǎng)格中可布放區(qū)域的面積為零時，為-1；當(dāng)大網(wǎng)格中可布放區(qū)域的面積為時，為1；其余情況為0；其中，=εd/4，d為風(fēng)電機組直徑，ε為安全間距系數(shù)；

14、對于為0的大網(wǎng)格，進一步以最小距離精度ds作為分辨率，進行分割，構(gòu)造小網(wǎng)格，小網(wǎng)格變量為小網(wǎng)格中可布放區(qū)域面積與小網(wǎng)格面積的比值。

15、作為本技術(shù)進一步改進，所述解析用戶上傳的機位點初始位置文件，得到初始風(fēng)電機組排布；基于初始風(fēng)電機組排布，計算風(fēng)電機組初始尾流發(fā)電量，作為初始的風(fēng)電機組排布基準(zhǔn)，包括：

16、解析用戶上傳的機位點初始位置文件，判斷風(fēng)電機組之間是否滿足風(fēng)電機組之間的安全距離約束ε×d，d為風(fēng)電機組直徑，ε為安全間距系數(shù)；以及判斷風(fēng)電機組坐標(biāo)是否位于初始區(qū)域網(wǎng)格的布放區(qū)域內(nèi)，當(dāng)兩條件均滿足時獲取初始風(fēng)電機組坐標(biāo)(,)，作為初始的風(fēng)電機組排布基準(zhǔn)，并計算當(dāng)前的尾流發(fā)電量作為初始尾流發(fā)電量；其余情況，則重新解析機位點初始位置。

17、作為本技術(shù)進一步改進，所述進行尾流發(fā)電量計算迭代中，根據(jù)迭代次數(shù)與優(yōu)化總數(shù)的比較，確定是否繼續(xù)循環(huán)優(yōu)化，具體包括：

18、將計算迭代記作大循環(huán)，首次大循環(huán)時，初始風(fēng)電機組排布為基準(zhǔn)風(fēng)電機組排布和準(zhǔn)新風(fēng)電機組排布，初始尾流發(fā)電量為基準(zhǔn)尾流發(fā)電量，初始大循環(huán)次數(shù)為0；

19、當(dāng)大循環(huán)次數(shù)大于設(shè)置的大循環(huán)次數(shù)時，輸出基準(zhǔn)風(fēng)電機組排布和基準(zhǔn)尾流發(fā)電量并結(jié)束，當(dāng)滿足大循環(huán)次數(shù)小于或等于設(shè)置的大循環(huán)次數(shù)時，開啟大循環(huán)進行重復(fù)計算并迭代，將大循環(huán)次數(shù)+1。

20、作為本技術(shù)進一步改進，所述進行尾流發(fā)電量計算迭代中，在區(qū)域限制條件下，通過兩輪位置更新，隨機選擇并更新準(zhǔn)新風(fēng)電機組排布，具體包括：

21、根據(jù)風(fēng)電機組的總數(shù)，隨機出需要移動的風(fēng)電機組數(shù)量，并隨機出需要移動的風(fēng)電機組編號；

22、根據(jù)所有不需要移動的風(fēng)機，以風(fēng)機所在位置為圓心，風(fēng)機之間的安全距離為半徑，構(gòu)造新的臨時禁放區(qū)域，基于初始可布放區(qū)域網(wǎng)格，將禁放區(qū)域的影響考慮進去，構(gòu)造此時的可布放區(qū)域網(wǎng)格，將此時的可布放區(qū)域網(wǎng)格視作動態(tài)可布放區(qū)域網(wǎng)格，記此時大網(wǎng)格變量為t，小網(wǎng)格變量為α；

23、進行小循環(huán)判斷，當(dāng)滿足小循環(huán)次數(shù)小于或等于需要移動的風(fēng)機數(shù)量時，開啟小循環(huán)，小循環(huán)次數(shù)+1；

24、開始一輪更新，在t>0的所有大網(wǎng)格中，隨機出該風(fēng)機需要放置的大網(wǎng)格編號，當(dāng)無大網(wǎng)格可安放風(fēng)機時，非正常結(jié)束小循環(huán)；

25、開始二輪更新，基于一輪更新確定大網(wǎng)格，在α≥0.5的所有小網(wǎng)格中隨機出風(fēng)機需要放置的小網(wǎng)格編號，獲得風(fēng)機的具體位置，當(dāng)無小網(wǎng)格可安放風(fēng)機時，非正常結(jié)束小循環(huán)；

26、更新可布放區(qū)域網(wǎng)格，基于當(dāng)前可布放區(qū)域網(wǎng)格，以風(fēng)機所在位置為圓心，風(fēng)機之間的安全距離為半徑，再次構(gòu)造新的臨時禁放區(qū)域，生成新的動態(tài)可布放區(qū)域網(wǎng)格，更新大、小網(wǎng)格變量的值；

27、判斷是否進行準(zhǔn)新風(fēng)電機組排布，當(dāng)小循環(huán)是非正常結(jié)束時，不更新準(zhǔn)新風(fēng)電機組排布，當(dāng)小循環(huán)是正常結(jié)束時，將此時的風(fēng)電機組排布作為準(zhǔn)新風(fēng)電機組排布，記此時排布對應(yīng)的風(fēng)電機組坐標(biāo)為(,)。

28、作為本技術(shù)進一步改進，所述尾流發(fā)電量的計算方法，包括：

29、采用park模型計算當(dāng)前風(fēng)電機組排布中各風(fēng)電機組的尾流，計算公式如下：

30、；

31、;

32、；

33、其中為風(fēng)電機組的下游風(fēng)速；為風(fēng)電機組的自由來流風(fēng)速，hh為高度；=aγ(1+1/ k)，由麥布爾參數(shù)a和k確定，γ表示gamma函數(shù)；為風(fēng)電機組的推力系數(shù)； s為下游位置與風(fēng)電機組中心點的距離與風(fēng)電機組直徑的比值，下游位置與風(fēng)電機組中心點的距離，由風(fēng)電機組直徑d確定； k為尾流膨脹系數(shù)，為地表粗糙度；表示風(fēng)電機組的尾流；

34、當(dāng)前風(fēng)電機組排布考慮尾流后的發(fā)電量為：

35、

36、

37、其中，表示當(dāng)前風(fēng)電機組排布的尾流發(fā)電量， t為預(yù)設(shè)時間段，具體為一年，v為威布爾擬合中的風(fēng)速段值，為當(dāng)前風(fēng)電機組排布的風(fēng)電機組數(shù)量，為扇區(qū)數(shù)量，為風(fēng)速段數(shù)量；表示風(fēng)電機組 n在扇區(qū) i和風(fēng)速段 j時的風(fēng)速概率密度， k為尾流膨脹系數(shù)；表示風(fēng)電機組 n在風(fēng)速段 j時的風(fēng)電機組功率，為風(fēng)速段 j與風(fēng)速段 j-1的間隔。

38、第二方面，本技術(shù)提供一種考慮區(qū)域限制的風(fēng)電機組排布優(yōu)化系統(tǒng)，包括：

39、文件解析單元，用于解析用戶上傳的限制區(qū)域文件或讀取用戶設(shè)置的限制區(qū)域范圍，識別并處理風(fēng)資源圖譜中的布放區(qū)域和禁放區(qū)域；根據(jù)布放區(qū)域和禁放區(qū)域，構(gòu)造可布放風(fēng)電機組的初始區(qū)域網(wǎng)格；

40、初始計算單元，用于解析用戶上傳的機位點初始位置文件，得到初始風(fēng)電機組排布；基于初始風(fēng)電機組排布，計算風(fēng)電機組初始尾流發(fā)電量，作為初始的風(fēng)電機組排布基準(zhǔn)；

41、迭代計算單元，用于進行尾流發(fā)電量計算迭代：在區(qū)域限制條件下，通過兩輪位置更新，隨機選擇并更新準(zhǔn)新風(fēng)電機組排布；根據(jù)準(zhǔn)新風(fēng)電機組排布，使用尾流模型計算準(zhǔn)新風(fēng)電機組排布下的準(zhǔn)新尾流發(fā)電量；當(dāng)準(zhǔn)新尾流發(fā)電量大于初始尾流發(fā)電量時，將準(zhǔn)新風(fēng)電機組排布更新為新的基準(zhǔn)風(fēng)電機組排布，同時將準(zhǔn)新尾流發(fā)電量更新為新的基準(zhǔn)尾流發(fā)電量；返回并進行尾流發(fā)電量計算迭代，將迭代結(jié)束時風(fēng)電機組排布和尾流發(fā)電量作為最優(yōu)風(fēng)電機組排布方案并輸出。

42、第三方面，本技術(shù)提供一種電子設(shè)備，包括存儲器、處理器以及存儲在所述存儲器中并可在所述處理器上運行的計算機程序，所述處理器執(zhí)行所述計算機程序時實現(xiàn)所述考慮區(qū)域限制的風(fēng)電機組排布優(yōu)化方法。

43、第四方面，本技術(shù)提供一種計算機可讀存儲介質(zhì)，所述計算機可讀存儲介質(zhì)存儲有計算機程序，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)所述考慮區(qū)域限制的風(fēng)電機組排布優(yōu)化方法。

44、第五方面，本技術(shù)提供一種計算機程序產(chǎn)品，所述計算機程序產(chǎn)品包括計算機指令，所述計算機指令指示計算機執(zhí)行所述考慮區(qū)域限制的風(fēng)電機組排布優(yōu)化方法。

45、本技術(shù)相對于現(xiàn)有技術(shù)具備的有益效果為：

46、本技術(shù)通過提出布放區(qū)域和禁放區(qū)域，允許使用者自定義“布放區(qū)域”，即允許風(fēng)電機組布放的區(qū)域，以及“禁放區(qū)域”，即不允許風(fēng)電機組布放的區(qū)域，從而實現(xiàn)對于風(fēng)電機組排布優(yōu)化時的區(qū)域限制，確保了風(fēng)電機組的排布符合實際地理和環(huán)境保護要求；通過安全間距系數(shù)的設(shè)定，確保風(fēng)電機組之間的安全距離，避免相互干擾和事故風(fēng)險；利用尾流發(fā)電量計算公式，評估了風(fēng)電機組排布產(chǎn)生的發(fā)電量；通過多次迭代更新風(fēng)電機組的位置，實現(xiàn)了尋找在給定約束條件下尾流發(fā)電量最大的排布方案，其中還通過兩輪位置更新的方式計算風(fēng)機放置位置，在有效確保了對可布放區(qū)域空間充分考慮的同時，也保障了計算效率；最終形成了一條考慮區(qū)域限制風(fēng)電機組排布優(yōu)化的完整技術(shù)路線，最終實現(xiàn)對于現(xiàn)實復(fù)雜區(qū)域限制條件下的風(fēng)電機組排布優(yōu)化，具有提高發(fā)電效率、降低成本、增強安全性、環(huán)保效益、靈活性和智能化等優(yōu)勢。