海上風(fēng)電場(chǎng)微觀選址及輸電線路規(guī)劃研究

海上風(fēng)電場(chǎng)微觀選址及輸電線路規(guī)劃研究月提出。

其假設(shè)風(fēng)電機(jī)組后方的尾流虧損區(qū)是軸對(duì)稱(chēng)形式的,且風(fēng)速隨距離增加呈線性恢復(fù)。

模型示意圖如圖1所示,圖1中1與2分別代表上游風(fēng)電機(jī)組與下游風(fēng)電機(jī)組,代表來(lái)流風(fēng)速,代表風(fēng)速虧損值。

風(fēng)電機(jī)組尾流區(qū)擴(kuò)張程度由尾流衰減因子來(lái)表征,當(dāng)下游風(fēng)電機(jī)組處于上游風(fēng)電機(jī)組尾流區(qū)時(shí),下游風(fēng)電機(jī)組處的風(fēng)速虧損系數(shù)按公式1計(jì)算,值常按閱歷公式2計(jì)算。

式中,為風(fēng)電機(jī)組推力系數(shù);為風(fēng)電機(jī)組風(fēng)輪直徑,;為下游風(fēng)電機(jī)組葉輪面與上游風(fēng)電機(jī)組尾流截面重疊區(qū)面積,2;2為下游風(fēng)電機(jī)組葉輪掃風(fēng)面積,2;為風(fēng)電機(jī)組輪轂高度,;為地表粗糙高度,對(duì)于海上風(fēng)電場(chǎng)而言,。

某一風(fēng)向下,當(dāng)一臺(tái)風(fēng)電機(jī)組同時(shí)受多臺(tái)風(fēng)電機(jī)組尾流影響時(shí),尾流虧損的累計(jì)效應(yīng)通常應(yīng)用公式3計(jì)算。

式中,,為第臺(tái)風(fēng)電機(jī)組風(fēng)速總虧損系數(shù);,,為第臺(tái)風(fēng)電機(jī)組對(duì)第臺(tái)風(fēng)電機(jī)組造成的風(fēng)速虧損系數(shù)。

二、發(fā)電量計(jì)算計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電量時(shí),首先常用威布爾函數(shù)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)風(fēng)速數(shù)據(jù)進(jìn)行描述。

公式4為威布爾分布函數(shù),該函數(shù)可計(jì)算出任一風(fēng)速“發(fā)生的概率。

式中,為威布爾尺度參數(shù),;為威布爾外形參數(shù);為來(lái)流風(fēng)速,。

風(fēng)電場(chǎng)年發(fā)電量的計(jì)算,需要獲得風(fēng)電機(jī)組的功率特性、風(fēng)電機(jī)組排布和風(fēng)能資源等信息,公式5為的計(jì)算式。

目前常用的風(fēng)能資源數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法為將測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為風(fēng)速風(fēng)向分布矩陣,在每一風(fēng)向下風(fēng)速子區(qū)間內(nèi)分別計(jì)算發(fā)電量,然后按加權(quán)求和的方式得出總發(fā)電量。

風(fēng)電機(jī)組尾流損失值δ為風(fēng)電機(jī)組由于尾流虧損造成的發(fā)電量損失與理論發(fā)電量之比,公式6為其計(jì)算式。

式中,為一年發(fā)電小時(shí)數(shù),=8760;為勻稱(chēng)劃分的風(fēng)向扇區(qū)總數(shù);為風(fēng)電機(jī)組臺(tái)數(shù);,為第風(fēng)向扇區(qū)下的風(fēng)頻;,為第臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的切入風(fēng)速,;,為第臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的切出風(fēng)速,;,為第,臺(tái)風(fēng)電機(jī)組在風(fēng)速下的輸出功率,;,為第臺(tái)風(fēng)電機(jī)組在第風(fēng)向扇區(qū)下的風(fēng)頻;為風(fēng)電場(chǎng)理論年發(fā)電量不考慮風(fēng)電機(jī)組尾流效應(yīng)。

。

三、尾流模型精確?????性驗(yàn)證為驗(yàn)證模型的精確?????性,以海上風(fēng)電場(chǎng)為討論對(duì)象,風(fēng)電場(chǎng)位于厄勒海峽,距離瑞典西海岸約7,由48臺(tái)西門(mén)子--93型風(fēng)電機(jī)組組成,。

輪轂高度為65,。

風(fēng)電場(chǎng)機(jī)位布置圖如圖2所示,圖中代表來(lái)流風(fēng)向,圖中黑色和灰色點(diǎn)均為風(fēng)電場(chǎng)機(jī)位點(diǎn),其中黑色機(jī)位點(diǎn)為尾流損失對(duì)比機(jī)位點(diǎn)。

在此對(duì)比來(lái)流風(fēng)速在9區(qū)間范圍,風(fēng)向分別在120。

和222區(qū)間范圍時(shí),部分風(fēng)電機(jī)組的尾流損失狀況。

其中機(jī)位尾流損失的真實(shí)值來(lái)源于文獻(xiàn)中記錄的風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),圖3為風(fēng)電場(chǎng)部分機(jī)位點(diǎn)基于模型計(jì)算的尾流損失值與真實(shí)值的對(duì)比。

圖3顯示模型計(jì)算的風(fēng)電機(jī)組尾流損失值與真實(shí)值較吻合,同時(shí)計(jì)算值整體高于實(shí)際值,當(dāng)風(fēng)向區(qū)間為120時(shí),%:當(dāng)風(fēng)向區(qū)間為222時(shí),%。

經(jīng)分析差異主要來(lái)源于模型假設(shè)風(fēng)電場(chǎng)中各機(jī)位點(diǎn)處風(fēng)向、風(fēng)速均全都,而實(shí)際風(fēng)電場(chǎng)中無(wú)法滿意該假設(shè),因此不行避開(kāi)會(huì)引入肯定誤差。

從風(fēng)電場(chǎng)機(jī)位尾流損失的快速猜測(cè)方面考慮。

模型計(jì)算值與真實(shí)值誤差在可接受范圍內(nèi),即模型在風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電機(jī)組尾流損失猜測(cè)中具有肯定的適用性與精確?????性。

機(jī)位優(yōu)化策略本文算例中風(fēng)電場(chǎng)尾流模型選用模型,利用語(yǔ)言對(duì)該模型進(jìn)行程序?qū)崿F(xiàn),輸入機(jī)位點(diǎn)位置、風(fēng)電機(jī)組參數(shù)、風(fēng)能資源等信息,便可快速求解出各機(jī)位點(diǎn)的發(fā)電量及尾流損失值。

一、網(wǎng)格型排布優(yōu)化網(wǎng)格型機(jī)位排布以其美觀、通航性好等優(yōu)勢(shì),在海上風(fēng)電行業(yè)得到了較高的認(rèn)可。

如圖4所示,風(fēng)電場(chǎng)網(wǎng)格型機(jī)位排布中最小布置單元為平行四邊形。

該類(lèi)型風(fēng)電場(chǎng)機(jī)位排布由以下參數(shù)定義:風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)風(fēng)電機(jī)組排數(shù)1與列數(shù)2,列間距1,排間距2,每一排風(fēng)電機(jī)組與水平軸的夾角水平軸指向正東方向,風(fēng)電機(jī)組排與列的夾角β。

風(fēng)電機(jī)組排布方案的制定需明確風(fēng)電場(chǎng)的場(chǎng)址邊界如圖4中紅色多邊形和風(fēng)電機(jī)組預(yù)安裝總臺(tái)數(shù)本文借助語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了風(fēng)電機(jī)組的網(wǎng)格型排布優(yōu)化,優(yōu)化過(guò)程對(duì)1、2、和β等參數(shù)進(jìn)行遍歷取值,并以風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電量最大為優(yōu)化目標(biāo),尾流模型選用模型。

閱歷證利用高性能計(jì)算機(jī),可在數(shù)小時(shí)內(nèi)完成近百臺(tái)風(fēng)電機(jī)組規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)的網(wǎng)格型排布優(yōu)化過(guò)程。

優(yōu)化過(guò)程中各風(fēng)電機(jī)組位置需滿意下述限制條件:該限制條件分別代表各風(fēng)電機(jī)組間距均不小于極限機(jī)距、風(fēng)電場(chǎng)邊界內(nèi)風(fēng)電機(jī)組臺(tái)數(shù)與預(yù)安裝臺(tái)數(shù)相同。

在優(yōu)化過(guò)程中方案參數(shù)1和2均以。

為取值下限,取值上限視風(fēng)電場(chǎng)占海面積打算;角的取值范圍為[0,180;當(dāng)β角接近0或180時(shí),風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)風(fēng)電機(jī)組的排與列布置大致趨近于同始終線,這與實(shí)際閱歷不符,因此β角的取值范圍一般為[20,160]。

二、機(jī)位優(yōu)化算例以海上風(fēng)電場(chǎng)作為優(yōu)化對(duì)象,此風(fēng)電場(chǎng)位于英格蘭北側(cè)海疆,離岸距離約10,由73臺(tái)維斯塔斯公司112-,總裝機(jī)容量為219,風(fēng)電場(chǎng)占海面積約為282。

在此參考該風(fēng)電場(chǎng)海拔100處2中尺度風(fēng)能資源數(shù)據(jù),各風(fēng)向扇區(qū)下的風(fēng)頻和風(fēng)速威布爾參數(shù)見(jiàn)表1,考慮到海上風(fēng)電機(jī)組漸漸走向大容量化,,,風(fēng)電機(jī)組風(fēng)輪直徑為158,輪轂高度選取100,風(fēng)電機(jī)組的切入和切出風(fēng)速分別為3和30,結(jié)合本風(fēng)電場(chǎng)總?cè)萘客婆e風(fēng)電機(jī)組臺(tái)數(shù)為40臺(tái)。

為討論風(fēng)電機(jī)組間最小距離對(duì)風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電量的影響,、,優(yōu)化得出的最優(yōu)方案布置圖見(jiàn)圖5,表2匯總了不同極限機(jī)距最優(yōu)方案的發(fā)電量等信息。

由表2數(shù)據(jù)可知,本算例中風(fēng)電機(jī)組極限機(jī)距。

,,結(jié)果表明本算例在肯定范圍內(nèi)極限機(jī)距越小,網(wǎng)格型排布方案發(fā)電量越高,但風(fēng)電機(jī)組間距過(guò)小不利于風(fēng)電機(jī)組的安裝及維護(hù),。

此外,三組排布方案的參數(shù)角均處于118四周,同時(shí)西南和西南偏西風(fēng)向?yàn)楸撅L(fēng)電場(chǎng)的主導(dǎo)風(fēng)向,即最優(yōu)網(wǎng)格型排布方案中各排風(fēng)電機(jī)組的連線均與主風(fēng)向大致垂直。

輸電線路規(guī)劃-智能算法起初是為了解決遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)布局問(wèn)題而提出的,待解決問(wèn)題中存在一個(gè)處理中心與多個(gè)終端點(diǎn),規(guī)劃目標(biāo)是將各個(gè)終端點(diǎn)與處理中心實(shí)現(xiàn)直接或間接連接。

且電纜成本最低。

由于可行的連接方案數(shù)隨著終端點(diǎn)數(shù)增加而呈指數(shù)級(jí)上升,憑現(xiàn)有計(jì)算力量無(wú)法全部使用遍歷方法。

基于此,-算法采納了一種逐步尋優(yōu)策略:1首先將每個(gè)終端點(diǎn)都與處理中心直線連接作為初始方案,該方案通常為成本最昂貴方案,如圖6所示。

2隨后嘗試將不同終端對(duì)進(jìn)行連接,即削減直接連接處處理中心的線纜條數(shù)。

建立不同終端之間的距離矩陣和可行任務(wù)棧。

對(duì)終端逐對(duì)連接,計(jì)算連接后方案的線纜成本,若成本降低,則把該方案存入可行任務(wù)棧中。

3終端逐對(duì)連接計(jì)算后,選取可行任務(wù)棧中成本降低最多的終端對(duì)進(jìn)行正式連接,更新中間方案,如圖6所示。

若該步驟計(jì)算得出連接終端、后,節(jié)約的成本最多,則在與之間增設(shè)電纜,并將到中心的線纜淘汰。

4方案更新后,重復(fù)2、3步驟,直至可行任務(wù)棧中無(wú)連接方案,如圖6、6所示,即優(yōu)化過(guò)程結(jié)束,輸出最終方案。

一、-算法改進(jìn)以上尋優(yōu)過(guò)程中,需保證電纜之間無(wú)交叉,閱歷證對(duì)于數(shù)百規(guī)模終端數(shù)的優(yōu)化過(guò)程該算法僅需數(shù)秒時(shí)間,但算法沒(méi)有考慮單個(gè)回路上終端數(shù)的數(shù)量限制,無(wú)法直接應(yīng)用到海上風(fēng)電場(chǎng)電纜規(guī)劃中。

為解決海上風(fēng)電場(chǎng)電纜規(guī)劃問(wèn)題,需對(duì)原始的-算法進(jìn)行改進(jìn),改進(jìn)過(guò)程中將電纜負(fù)載因素類(lèi)比引入,通過(guò)推斷各回路上不同子線路的負(fù)載力量,使其可進(jìn)行不同規(guī)格電纜的同步優(yōu)化,同時(shí)保證每條接回升壓站的電纜上所連接的風(fēng)電機(jī)組數(shù)不超過(guò)限制值。

此外,原算法每次優(yōu)化僅能得出一組同一方案