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。     

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。     

海上风电场开发

20世纪 70年代石油危机以后,开始了风能利用的新时代。世界上很多国家开始制定计划,考虑开发海上风电场。海上风电场的风速高于陆地风电场的风速,但海上风电场与电网联接的成本比陆地风电场要高。这两个相反因素比较之后,海上风电场的成本和陆地风电场的基本上相同。1海上风电场发展进程　　海上风电场的开发主要集中在欧洲和美国。大致可分为五个不同时期：　　欧洲对国家级海上风电场的资源和技术进行研究 (1977— 1988年 );　　欧洲级海上风电场研究,并开始实施第一批示范计划 (1990— 1998年 );　　中型海上风电场 (1991— 199…     

Fuga程序在福建省海上风电场风机布置中的应用

结合福建省莆田平海湾海上风电场F区项目设计过程中的风机布置优化过程,初步研究Fuga程序在海上风电场的风机选型、风机布置优化及发电量计算等的快捷、高效应用,对福建省海上风电场设计及建设有较好的推广价值,可为今后设计、建设同类项目开拓思路,提供一定的借鉴。     

海上相邻风电场间的“尾流效应”实例分析

目的  研究海上相邻风电场间的“尾流效应”对发电损失的影响。 方法  利用海上风电场实际运行SCADA数据结合激光雷达同期实测测风数据,基于不同的风向扇区范围和风电场实际排布进行尾流效应场景分类,开展实际运行相邻风电场间（20D以上间距）的真实尾流电量损失分析工作。 结果  结果表明：对于规则排布的海上大型风电场,基于实际运行SCADA数据,对各机组发电量进行归一化,可以较好地反映海上风能资源分布特征及各机组发电能力的差异;高度集中的单一扇区条件下,处于下风向的相邻风电场受上风向相邻场区的“尾流效应”影响明显,发电产能较自由流降幅明显;相邻风场间随着缓冲带距离的增加,下风向场区机组尾流电量衰减比随之降低,缓冲带需达到一定的距离,对于风速的恢复有明显的作用,发电产能才能够有所提升;本案例不同场景下,缓冲带距离在23D～44D之间,尾流损失电量降幅在27%～4%之间。 结论  基于相邻风电场实际运行数据开展尾流分析可为后续海上大型风电基地规划设计和机组排布优化设计提供指导。     

风电场道路优化设计算法及应用

道路优化与机位点合理排布对风电场建设成本有重要的影响,为了有效降低风电场建设成本,基于Jensen尾流模型优化风机点位,综合考虑Dijkstra法、等高线树搜索法、Prim法,提出了一种基于机位排布的风电场场内道路自动优化方法。在最短通路的原则下,通过改进Prim法得到了更贴近实际工程项目的Y型岔路方案,有效降低了场内道路的工程量和造价。     

基于多尾流模型的大型海上风电场扩容试验研究

目的  文章旨在研究大型海上风电场的最佳规划容量设置。 方法  针对某1 GW容量的单个规划场址,利用3种不同单机容量机型与3种海上风电场尾流模型,结合海上风资源图谱开展同场址逐步扩容至2 GW的一系列数值试验,并对全场发电量、尾流影响与边际效应进行分析。 结果  结果显示,随着机型的单机容量增大,扩容过程中全场实际发电量增幅越高,尾流损失增长越慢,兼顾机组安全性与投入产出比的有效扩容区间越大;但尾流模型选择可能影响有效扩容区间评估结果。 结论  文章研究表明,在满足现有用海指标、风电机组安全性与工程经济性等多重约束下,单个场址的最佳规划容量可以略高于现有基准值,在今后海上风电千万千瓦级基地规划中,应科学细分并合理设置单个场址的规划容量。     

大型海上风电场无功配置研究

海上风电场通过高压海缆接入陆上电网。长距离高压海缆的充电功率使得海上风电场与内陆风电场的无功规划有较大不同。文章首先分析了海上风电场集电系统与汇集系统的无功消耗和充电功率特点,考虑电压调整和无功就地平衡的要求,建立了海上风电场的无功配置的一般计算流程。对于不同容量、不同离岸距离的海上风电场给出了典型的无功容量和地点的配置方案,为规划提供了参考。     

海上风电场风能计算中关于海面粗糙度问题的探讨

提出一种利用海上10m高度的实测风速推求海面粗糙度的新方法。通过分析计算并与实测值进行对比,采用新方法计算时,风速误差为2.04%,风功率密度的误差为10.39%;采用传统零粗糙度计算方法时,风速误差为4.51%,风功率密度的误差为16.88%;在大风时段,用新方法计算时风速和风功率密度的计算结果比传统方法的计算结果更接近实测值。实例表明:采用新的粗糙度计算方法能够使海面推求的风资源结果更接近真实值。     

风向对广东海上风电场风机布置的影响

引入一个包含20台4 MW风力发电机组,风机布置采用规则几何构型的海上风电场理论模型,设计了两大类共4个不同的风机阵列,根据1991-2010年广东近海区域MERRA再分析资料,从海面风向的季节变化、扇区划分方式变化以及风向频率分布变化等三个方面开展数值试验研究。结果表明:平行四边形阵列比矩形阵列更具灵活性,能够适应更复杂的风向季节性偏转;风机布置需要更加细致的风向扇区划分方式,传统的16个风向扇区划分方式难以适应风机阵列最佳朝向的选择与调整;风机布置方案比选需要考虑风向频率分布的年际变动,通过敏感性试验识别更具稳定性的风机阵列。     

考虑尾流效应的风电场输出功率优化

针对尾流效应对风电场输出功率造成的损失,文章提出了一种基于改进Jensen模型的优化方法。基于激光雷达实验数据验证了改进Jensen模型的有效性,并建立了多机组尾流叠加模型。对考虑尾流效应的风电场输出功率优化可行性进行分析,建立了风电场输出功率模型。针对标准粒子群算法过早收敛、易局部最优的缺陷进行了改进,在其迭代方程中加入二阶振荡环节,增加了粒子的多样性,提高了算法的全局搜索能力,同时保证了算法的运行速度;引入模拟退火操作,增强了算法的局部搜索能力。建立了风电场输出功率最大化优化模型,以轴向诱导因子为优化参数,利用改进粒子群算法对山西省某风电场模型进行了仿真分析。结果表明：当入流风速分别为8 m/s和12 m/s时,经改进粒子群算法优化之后,风电场输出功率分别提高了6.26%和4.59%;改进粒子群算法改善了标准粒子群算法存在的过早收敛、易局部最优的缺陷。     

风电场的输出功率特性研究

研究了风电场的输出功率特性，提出了尾流系数矩阵，功率特性矩阵以及等效输出功率特性等概念和相应的算法。     

海上风电场联合送出优化方案研究

  [目的]  结合我国广东地区海上风电场布置及典型送出方案,对两个300 MW风电场联合送出的方案进行了探讨。  [方法]  在电气主接线、海缆选型、可靠性分析、海缆敷设与供货、可比投资等方面进行了分析比较。  [结果]  最终得出联合风场送出的优化方案,即设2座220 kV海上升压站＋1座陆上集控中心,其中1座升压站通过1回3×1 000 mm2海缆接至另1座升压站GIS,汇流后再通过2回3×1 000 mm2海缆一并送出至陆上集控中心。  [结论]  联合送出的优化方案可大大节省投资并减少用海面积,可为后续海上风电场电气设计提供参考。     

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。     

基于CFO的海上风电场微观选址优化算法研究

海上风电场用海面积有限,尾流影响比陆上大,微观选址是其规划设计的关键技术。传统优化算法大多采用离散化变量,使得潜在解空间减少到有限个,难以达到最优化的效果。为了提高海上风电场微观选址优化效率,文章提出了一种基于中心引力优化(CFO)算法的海上风电场微观选址方法。该算法使用实数编码,通过将微观选址优化的变量假设为天体,各个天体之间相互作用,达到平衡的原理,具有可能得到全局最优解和效率高的优点。使用该算法对海上风电场微观选址优化进行仿真,并与现有方法比较。结果表明,所提出的算法得到的排布方式发电量最高,并具有优化精度高、速度快和优化排布较为均匀的特点。该研究结果可以为实际工程应用提供参考。     

基于SCADA数据海上风电场解析尾流模型可靠性与尾流叠加研究北大核心CSCD

针对工程中常用的解析尾流模型适用性及精确度存在较大不确定性的问题,文章利用国内某海上风电场运行的SCADA数据,分别对Jensen模型、Frandsen模型和Gaussian模型等主要解析尾流模型进行可靠性验证和分析。在此基础上,提出了更加适用的尾流模型参数选取方案,参数修正后的Gaussian尾流模型的评估精度提升约50%。此外,为了分析海上风电场的尾流叠加特性,文章采用场内实测数据进行分析,并与工程尾流叠加模型计算结果进行对比,结果表明,工程尾流叠加模型仍存在一定改善空间。     

基于海上轻型站的海上风电场电气系统博弈优化

随着海上风电场规模不断扩大,离岸距离变远,传统的集中式海上变电站面临安装容量过大、建设困难等问题。针对以上问题,引入一种海上轻型变电站,提出基于海上轻型变电站的海上风电场电气系统博弈优化方法。建立基于海上轻型站的电气系统全寿命周期成本模型,提出适用于轻型变电站选址的改进k-medoids聚类方法,对不同电压等级的电气系统进行优化,并基于组合权重法和混合策略对规划方案进行多方博弈评估。以江苏省某海上风电场为例进行分析,结果表明,基于海上轻型站的电气系统博弈优化方案能有效提高海上风电场电气系统的综合性能。     

海上风电场微观选址工程优化方法与软件开发

海上风电场用海面积有限,同时由于湍流强度低,尾流恢复慢,其微观选址优化排布方法是海上风电的关键技术之一.在实际工程应用中,其排布一般采用人工经验和方案比选方法,由于受主观因素影响以及比选方案数量有限,难以得到工程优质解.文中针对平行四边形网格枚举方法存在计算效率低和优化时间长的问题,提出一种海上风电场微观选址工程优化方...