地形图精度对复杂地区风电场计算结果的影响

主要研究了地形图精度对复杂地区风电场年净发电量和尾流值计算结果的影响,通过对典型风电场应用不同精度的地形图和尾流模型的计算分析,得出地形图精度对于风电场年净发电量和尾流值影响的初步规律,通过计算分析得出如下结论：不同的尾流模型对于地形图精度的敏感度不同,利用PARK尾流模型计算出的风电场年净发电量最大;不同精度的地形图对于复杂风电场年净发电量和尾流值的影响都不大。     

大型海上风电场风机排布优化策略研究

为提升大型海上风电场的经济效益,得到合理的风机排布方案,提出了一种规则型排布优化策略,该策略通过对风电场内风机布局参数进行遍历取值,对各方案分别进行发电量计算,从而找出发电量最大的方案;同时,还提出了随机型迭代优化策略,该策略以最优规则型方案作为初始方案,通过不断调整尾流较大风机的位置,从而提升整个风电场的发电量。2种风机机位优化策略均采用Python语言实现,通过实际风电场监测数据的分析对比,验证了Jensen尾流模型可较准确预测海上风电场风机尾流损失,最后通过对Horns Rev2海上风电场算例进行风机机位优化分析,得出了在最优规则型排布方案中各排风机的连线均大致与主风向垂直,且随机型排布方案的年发电量可在规则型排布方案基础上平均提升约1.35%的结论。     

考虑尾流效应对风电场机组布局的影响分析

尾流效应的存在会导致风电场下风向风能减少,流场湍流度增加,进而影响风电场中位于下风向风机的效率和风轮的使用寿命。文章对尾流效应研究现状进行了概述,利用WASP软件以及风资源数据进行风电场模拟计算,将上下游风机之间间距以及上下游风机连线与主导风向的偏向角作为风机定位坐标,建立了分别由2台、3台、4台风机组成的模型并进行计算。比较在不同风机布局的情况下,风电场内每台风机和风电场的年净发电量以及尾流损失值随风机布局的变化趋势。对比计算结果得出风电场机组布局中风机之间的最佳间距和偏向角的定量值,确定风机尾流效应分析在风电场内机组布局中的重要性,为优化风电机组布局以及提高风电场风能利用率提供理论依据。     

基于改进二进制萤火虫算法的风电场微观选址优化研究

风电场微观选址时应合理布置机组位置,减少尾流影响,提高风电场的综合经济效益。首先,针对不同布机方案及不同来流风向、风速下风电场尾流分布的变化,提出了一种基于坐标变换的风电场尾流场快速计算方法以提高计算效率;然后,对传统二进制萤火虫算法进行改进,从而提高寻求全局最优的能力;最后,基于以上工作,以机组总台数和布机方案为决策变量,以单位功率成本为目标函数,完成了3种风况条件下的风电场微观选址优化工作。经过计算对比分析,本方法在3种风况条件下均得到了更优的布机结果,对工程中海上风电场和陆上平坦地形风电场的微观选址工作具有参考价值。     

风电场复杂地形的微观选址

以红牧风电场为例,分析了复杂地形的风电场微观选址,根据主风向上和垂直主风向上的不同间距布置风机,以对比单机平均发电量和尾流影响.结果表明,主风向上单机的平均发电量随风机间距的增加先增后疵,尾流损失不断减小;垂直主风向上随风机间距的增大单机平均发电量不断增大,尾流损失也不断减小.建议在复杂地形的主风向上风机间距的选择比简单地形小,均为风机直径6～7倍;简单地形的风机间距约为风机直径7～8倍.     

海上风电场运行期尾流损失分析

  [目的]  为了充分认识海上风电场运行过程中的尾流效应,对风电场布局设计中的模拟计算结果进行验证,探索海上风电场的风机尾流损失变化规律。  [方法]  以华南地区某海上风电场为测试场址,选用PARK模型进行尾流模拟计算,对模型中的参数进行优化并进行实际发电量验证。  [结果]  结果表明:PARK模型用于海上风电场尾流模拟可以基本反映风机实际发电情况;在某风向上风机间距为7D情况下,主风向尾流损失在第2排后的分布规律呈现较为稳定的状态,约为首台风机的30%。  [结论]  PARK尾流模型能够较好的模拟近海风电场尾流损失和进行发电量计算,模型参数选择应根据项目实际情况进行敏感性测算。     

计及风向不确定性的海上风电场年发电量计算

以欧洲Lillgrund海上风电场为例,建立基于Larsen尾流模型及线性叠加模型的风电场输出功率及发电量计算模型;考虑风电机组偏航偏差等风向不确定性的影响,建立基于高斯平均方法的风电场计算功率修正模型;结合风电场实测数据及发电量计算收敛过程分析,研究了修正模型对风电场功率及发电量计算的影响。结果表明,所建立的尾流作用下的风电场功率计算模型能够较好地反应实际风电场的尾流影响特征,高斯平均修正方法进一步提高了尾流作用下风电场功率计算精度,并提高了发电量计算的收敛速度。在风电场年发电量计算中考虑风向不确定性的影响,对于提高模型评估与验证的准确性具有重要意义。     

偏航工况下风电机组尾流模型与风电场尾流叠加研究

风电场中通过风电机组主动偏航进行尾流优化控制,可以提高风电场发电量。文中根据偏航工况对风电机组尾流和功率输出的影响,建立了偏航工况下单台风电机组尾流模型和输出功率的简化计算方法。而对于全场不同来流风向,对机组位置进行坐标变换以确定风电机组的迎风顺序,并结合尾流叠加模型建立了偏航工况下风电场尾流分布计算方法。最后,以单列6台风电机组为研究对象进行计算分析,验证了该尾流计算方法的适用性及主动偏航控制对风电场发电量提升的可行性。     

单列风电机组尾流优化模型的研究及应用

为了使风电场的经济性达到最佳,以实际工程案例为出发点,选择改进的Park尾流模型,在盛行风向上建立不同风电机组的布置方案,对比分析了采用四种风电机组间距、三种大气稳定度和两种风电机组型号的尾流优化模型目标函数。结果表明,随着风电机组间距比L_1/L_2的增加,风电机组的总尾流先减小后增加,且在L_1/L_2等于1时达到最小;考虑尾流效应的年总发电量先增加后减小,且在L_1/L_2等于1时达到最大。这一结论将为今后尾流优化模型的研究提供新的理论依据。     

基于偏航尾流模型的风电场功率协同优化研究

为减小风电场尾流效应的影响,提升风电场整体发电量,提出一种基于偏航尾流模型的风电场功率协同优化方法。首先建立风电场偏航尾流模型,该模型包括用于计算单机组尾流速度分布的Jensen-Gaussian尾流模型、尾流偏转模型及多机组尾流叠加模型,对各机组风轮前来流风速进行求解;再根据来流风速计算风电场输出功率,并以风电场整体输出功率最大为优化目标,利用拟牛顿算法协同优化各机组轴向诱导因子和偏航角度。以4行4列方形布置的16台NREL-5 MW风电机组为对象进行仿真研究。结果表明,所提出的基于偏航尾流模型的风电场功率协同优化方法能显著提升风电场整体输出功率。     

计及能量掺混的风电机组尾流叠加模型研究

风电机组可能受上游多台机组尾流共同影响,工程中一般应用叠加模型来模拟这种尾流叠加效应。尾流区与周围大气的能量掺混导致了尾流恢复,目前常用的尾流叠加模型无法体现这个效应。应用一维动量理论计算风电机组尾流区从周围大气吸收的能量,在能量守恒叠加模型的基础上,通过补充这部分掺混能量对其进行修正,从而提高了尾流场模拟精度。在Lillgrund海上风电场应用能量掺混叠加模型,流场模拟结果与实测数据对比表明,该模型可以准确模拟风电场内机组功率变化趋势,且相较于传统模型计算精度更高,对风电场发电量计算具有一定的参考价值。     

基于WAsP对中小型风电测试场最优布置方案的研究

利用WAsP软件统计分析某中小型风电测试场的全年风资源数据,得到测试场全年风向玫瑰图和风速频率分布图,依据该分布图初步制定机位布置方案,并按照布置方案对测试场6台被测风力发电机组进行实地布置并开展6个月的功率测试,然后将实测数据导入WAsP软件中,结合测试场基本情况计算出尾流损失结果,并与基于测试场不同季节风向玫瑰图制定的不同机位布置方案的模拟结果进行对比,进而判断出测试场最优布置方案     

风电场微观选址对发电量影响的分析

根据华威风电场风机实际运行监测数据,对比华威风电场12台N62型风机不同方向的发电量、2个场址的平均发电量和同一场址内不同风机的发电量.分析了风电场微观选址对风机发电量的影响.结果表明:4～15号12台风机的单台月发电量差异较大,说明在风电场宏观选址条件相同的情况下,由于微观选址条件的不同,相同型号的风电机组的发电量存在较大的差异;骆驼岭风电场4号风机与风山风电场15号风机正北向发电量的差异较大,地形影响是造成风山发电场发电量较小的主要原因;对凤山风电场内的8～15号8台风电机组进行对比,在各个方向上的发电量差别很大,主要是受到相邻风机间尾流影响所致.     

基于二维尾流模型的风电场产能分析

文章提出了同时考虑径向上的非均匀风速分布和轴向控制体侧面上空气流量变化对尾流风速影响的改进模型。采用Jensen模型、轴向改进的半经验模型、径向改进的二维模型、文章提出的改进模型进行风电场产能分析,验证不同尾流模型用于风电场产能分析时的计算精度。计算的产能结果与江苏省某风电场的实际产能进行对比,结果表明,文章提出的改进模型具有较好的计算精度。风电场的产能损失主要来源于尾流损失,其主要取决于3个因素:(1)风力机与上风向风力机间距的大小;(2)尾流效应影响的风向上的风速在全年风速中的比例大小;(3)是否受多台风力机尾流叠加影响。文章提出的改进模型能提高风电场产能的评估精度。文章提出决定尾流损失的3个因素对优化风电场的排布设计、提高风电场的总产能和经济效益具有重要指导意义。     

多约束条件下智能优化风电场微观选址方法的探究

文中从微观选址的角度及基于CFD计算和多约束条件下智能优化风电场微观选址的方法,对风电场发电量存在不足的情况进行分析,并建立相应的数学模型,通过优化进行微观选址及实践验证。仿真结果表明,此方法在进行微观选址的过程中,可以通过风机位置的优化,得到优化的风能密度高值的点,从而减少尾流损失,提高风机发电量。     

大基地风电场“以大代小”等容量排布方案分析

“以大代小”是风电项目进行等容或扩容改造升级常用的一种方式。以大基地风电场为研究对象,探究针对大基地项目进行“以大代小”技术改造的规划方案。将大基地风电场划分为9个待改造区域,分别采用两种改造方案,从机组单机容量、机组轮毂高度、改造区域机组对周边机组的尾流影响等几个关键因素入手,分析这些因素对场区发电量的影响及发电量提升效果,进而得到最优的改造机型和布局规划。研究结果表明,保持轮毂高度不变,提升单机容量,发电量增加幅度并不显著。当抬升轮毂高度且提升机组单机容量时,发电量提升效果较为明显。当选取的轮毂高度与周边机组轮毂高度较为接近时,随着改造区域单机容量增大,对周边机组的尾流影响越大,影响最大的为处于改造区域下风向的机组,影响最小的通常为处于改造区域上风向的机组。抬升轮毂高度,随着单机容量的提升,发电量提升效果较为显著。根据大基地风电场的实际风资源条件,在场区中间区域适当抬升轮毂高度,可以提升发电量并减少对周边风电场的尾流影响。等容量技术改造时,应优先选择高塔架大兆瓦机组进行改造。     

尾流算法与风向变化对海上风机排布影响研究

  [目的]  为了获得海上风场的最优机位排布方案,提升海上项目在全生命周期内的经济收益,必须对影响发电量的关键因素做详细分析。  [方法]  结合海上风场工程项目的实际案例,基于自主开发的海上机位自动优化算法,分别应用Jensen和Larsen两种单机组尾流模型的技术理论,对比了多机组间三种不同的尾流组合叠加方式,并考虑了风向年际变化对现有机组排布的影响,给出了对应的最优机位排布方案。  [结果]  计算结果显示:海上风向的年际变化是影响机位排布的关键因素,使用不同尾流模型对机位排布的影响较小,多机组间尾流叠加方式对机位排布没有影响。  [结论]  研究成果为工程项目中最优机位排布的选择提供了关键依据,避免了风场25年全生命周期内上亿元的经济损失。     

威布尔拟合方法对海上风场发电量评估的影响研究

为研究风速威布尔参数不同造成的海上风机发电量差异,分别对比了极大似然法、最小二乘法、WAsP法和实证法四种风速威布尔拟合方法。通过统计不同风向扇区数的评估结果,得出合理的风向扇区数范围为16至36。此外还重点分析了四种拟合方法计算得出的海上风场发电量、尾流损失值,并与时序计算值进行了对比,结果显示威布尔分布可较好地描述海上风资源情况,能精准预测海上风场的发电量。四种方法中,极大似然法和WAsP方法为最优方法,最小二乘法其次,实证法精度最低。     

采用时间序列预测风电场出力

基于时间序列的方法,采用自回归滑动平均(ARMA)模型进行短期风速预测;考虑风力发电机组排列布置时尾流效应的影响、风电场址地面粗糙程度、空气密度、风向变化以及不同型号风机功率特性的差异等因素,采用Jasen尾流模型建立了大型风电场的综合模型。结果表明,合理的风电场布置方案有利于减小尾流效应的影响,从而提高风电场出力。     

基于场级偏航控制的风电场尾流敏感性分析

偏航偏转控制有利于减小风机尾流效应,通过场级偏航协调优化减小尾流损失,可使风电场总发电量达到最大化。采用FLORIS尾流代理模型,以各风机偏航角为优化对象,风电场总功率最大为优化目标,进行场级偏航寻优。针对不同风机间距、纵列个数、湍流强度、来流风速和来流风向等多个维度,对比分析了偏航优化对尾流损失及功率提升的敏感性。结果表明：当风电场排布间距小于5D、风机纵列大于3台且仅需优化前5排、纵列机位连线与风玫瑰图主频风向夹角小于15°、风场湍流小于0.1、来流风速位于风机“切入风速+2 m/s”至“额定风速+2 m/s”区间时,场级偏航控制对于尾流优化效果最佳;若仅采用单机偏航控制风向,前排风机保留3°～5°偏航误差有利于风电场整体的发电收益。