2024復雜地形陸上風電場自動布機方法

復雜地形陸上風電場自動布機方法123自動布機算法關(guān)鍵技術(shù)解析4工程應(yīng)用實例布機效果評價自動布機算法自動布機算法研究背景自動布機的意義研究背景：1.國內(nèi)陸上風電場的開發(fā)重心已經(jīng)從高風速平坦地形區(qū)域轉(zhuǎn)移到中低風速復雜地形區(qū)域。2.復雜地形風電場風資源分布和風況參數(shù)受地形影響明顯，機位排布方案對發(fā)電量影響很大。3.手動布機存在諸多限制，難以兼顧發(fā)電量和機組安全。需求解析：1.通過優(yōu)化機位排布方案來提升發(fā)電量，從而提升收益。2.采用自動化布機的方式提高布機效率。原始方案容量（MW）75機型2.5-145臺數(shù)30平均風速5.03折減0.78發(fā)電小時數(shù)2115.3內(nèi)部收益率7.2度電成本（元）0.391優(yōu)化方案容量（MW）75機型2.5-145臺數(shù)30平均風速5.15折減0.78發(fā)電小時數(shù)2212.5內(nèi)部收益率8.6度電成本（元）0.379

原始方案優(yōu)化方案提升量百分比平均風速0.122.38%發(fā)電小時數(shù)97.24.58%內(nèi)部收益率1.4

19.4%

度電成本-0.012

-3.17%

123456789101112自動布機算法邏輯圖開發(fā)規(guī)劃：以解決復雜地形陸上風電場開發(fā)中的布機問題為出發(fā)點，以發(fā)電量最優(yōu)為目標，排布過程中考慮各項限制因素，提出一種復雜地形陸上風電場的自動布機算法。布機思路：基于風電場風資源計算結(jié)果，提取測風塔修正后場區(qū)范圍內(nèi)的風資源參數(shù)，結(jié)合風電場范圍和限制區(qū)域、風機型號和安全要求、風電場布機要求，循環(huán)地在場區(qū)內(nèi)尋找發(fā)電量最優(yōu)的機位點，布機并更新風資源圖譜，直到選出所有機位點，完成布機。布機算法自動布機邏輯自動布機算法軟件簡介自動布機軟件將方法封裝，開發(fā)用于實現(xiàn)復雜地形風電場智能化自動布機算法的軟件，包括以下三大模塊：風場信息模塊：用于導入風電場信息數(shù)據(jù)，檢查數(shù)據(jù)格式和場址匹配性。機型設(shè)置模塊：用于指定風電場擬采用的風機型號、臺數(shù)、最小間距，導入風機的功率/推力系數(shù)曲線。優(yōu)化選址模塊：用于設(shè)置控制參數(shù)、限制因素開關(guān)，進行計算求解、可視化、輸出計算結(jié)果。風場輪轂高度平面坐標數(shù)據(jù)、高程數(shù)據(jù)、風速數(shù)據(jù)、風切變數(shù)據(jù)、入流角數(shù)據(jù)AK值數(shù)據(jù)、等高面綜合風速數(shù)據(jù)測風塔完整年測風數(shù)據(jù)風場邊界/限制區(qū)域風場信息機型設(shè)置優(yōu)化選址機型一風機型號、臺數(shù)、最小機距、功率曲線機型二風機型號、臺數(shù)、最小機距、功率曲線備用機組數(shù)求解參數(shù)設(shè)置限制因素開關(guān)設(shè)置計算求解結(jié)果可視化機位方案輸出軟件界面自動布機算法關(guān)鍵技術(shù)解析關(guān)鍵技術(shù)-1多限制因素布機本方法是將復雜地形陸上風電場布機問題轉(zhuǎn)化為單目標多限制因素的數(shù)學優(yōu)化問題。主要特點：以發(fā)電量最優(yōu)做為布機目標；支持風電場數(shù)據(jù)可視化；支持基于已有機位布機；支持圖形交互指定風電場范圍和限制區(qū)域；支持多機型混搭；支持多種限制因素自由組合（最小機距、風切變、入流角、最小風速、孤立機位剔除等）。關(guān)鍵技術(shù)解析支持基于現(xiàn)有機位布機，補全剩余機位支持圖形交互指定風電場邊界和障礙區(qū)域支持采用兩種機型混搭支持定制化布機要求：自由組合和設(shè)定限制因素風電場數(shù)據(jù)同化和可視化關(guān)鍵技術(shù)-2考慮尾流效應(yīng)本方法在布機過程中考慮了臨近機組的尾流影響。解決思路：基于尾流經(jīng)驗模型結(jié)合測風數(shù)據(jù)計算機組的尾流效應(yīng)對周圍風速的影響，更新風資源分布，并基于新的風資源圖譜循環(huán)布機，確保整場尾流效應(yīng)較小。計算方法：采用機位點的A/K值、粗糙度和測風塔的風能分布數(shù)據(jù)快速計算并分配各個風向下的尾流損失。保證尾流后整場發(fā)電量的最大化。關(guān)鍵技術(shù)解析測風數(shù)據(jù)尾流模型粗糙度尾流效應(yīng)分布尾流效應(yīng)強度考慮尾流效應(yīng)的最優(yōu)布機方案AK值關(guān)閉異常機位剔除：機位方案中出現(xiàn)了一些遠離主機群的機位，這些機位的道路成本和集電線路成本較高。激活異常機位剔除：新的機位方案中自動剔除了不合理機位，避免了以發(fā)電量最優(yōu)為目標進行自動布機伴隨的高道路成本問題。關(guān)鍵技術(shù)-3異常機位剔除自動布機過程中無法考慮機位點分布對道路和集電線路成本的影響，本方法提供異常機位點剔除選項。解決思路：1.采用基于單機組和雙機組的離群搜索算法，對整個排布方案進行分析，根據(jù)設(shè)定的剔除標準，檢測可能拉高道路成本的機位。2.采用IEC61400-1中11.1節(jié)所述地形復雜度計算方法計算機組位置的地形復雜度等級，輔助進行不合理機位檢測。關(guān)鍵技術(shù)解析不考慮異常機位剔除考慮異常機位剔除工程應(yīng)用實例布機輸入自動布機數(shù)據(jù)項目信息：河南中部某山地風電場，地形復雜，區(qū)內(nèi)測風塔平均風速4.74m/s，屬于典型的低風速復雜地形風電場?；緟?shù)：風電場規(guī)劃容量100MW，風場面積約70

km^2。推薦機型為MySE3.0-145型風機，共33臺。布機要求：機位需位于風場范圍內(nèi)，避開保護區(qū)。最小機距3倍葉輪直徑，風切變限值0.2，入流角限值8°，最低布機風速4.2m/s。工程應(yīng)用實例測風數(shù)據(jù)機組信息參數(shù)數(shù)值規(guī)劃容量100MW推薦機型3.0-145臺數(shù)33測風塔平均風速4.74m/s最小機距3D入流角限值8°風切變限值0.2最低布機風速4.2m/s風電場范圍(灰色)和自然保護區(qū)(紅色）功率曲線風資源/風況圖譜布機結(jié)果布機結(jié)果對比工程應(yīng)用實例結(jié)果對比手動布機方案對比參數(shù)手動布機方案自動布機方案差值方案用時(h)80.57.4尾流前平均風速(m/s)4.8524.9850.133尾流后平均風速(m/s)4.7214.930.209折減后發(fā)電小時數(shù)(h)1781.21936.0154.8年發(fā)電收益(萬元)7660.588326.35665.77項目信息：分別采用手動布機和自動布機方法進行布機。通過對比兩版機位方案，驗證自動布機的效率和質(zhì)量。對比結(jié)果：效率方面：手動布機由于部分機位點風況參數(shù)超標需要重復多次機位調(diào)整過程，布機耗時8小時，而自動布機方案在1小時內(nèi)完成布機。質(zhì)量方面：自動布機方案在平均風速、發(fā)電小時數(shù)、年發(fā)電收益等多個方面優(yōu)于手動布機方案。自動布機方案布機效果評價布機效果布機效果評價樣本選擇：針對不同區(qū)域、不同復雜度等級的風電場，分別選取三個樣本。采用相同的機型和限制條件布機，通過對比自動布機方案與原方案的發(fā)電量，對自動布機方法的效果進行評價。效果評價：1.對于不同復雜度等級的風電場，采用自動布機方案均能明顯提升發(fā)電量。2.復雜度越高的風電場，自動布機方案的發(fā)電量提升效果越明顯。布機效果評價結(jié)果對比項目編號風場位置地形復雜度原方案風速(m/s)原方案發(fā)電量(h)自動布機方案風速(m/s)自動布機方案發(fā)電量(h)風速提升(m/s)發(fā)電量提升(h)1內(nèi)蒙低8.063025.78.173093.50.1167.82新疆低8.613269.28.683327.60.0758.43甘肅低7.442703.67.572798.60.13954河南中5.842647.15.9127170.0769.95湖北中5.542388.55.672472.30.1383.86安徽