一种基于尾流模型的风电场优化调度方法技术

本发明专利技术公开了属于风电场技术领域的一种基于尾流模型的风电场优化调度方法。该优化调度方法的步骤为：1）基于尾流效应的风电场优化调度系统，获取现场的风速信息和风电机组信息；2）建立不同风向时的多台风电机组尾流模型，并计算n台风电机组的尾流风速；3）判断每台风电机组的功率是否为最大，如果不是，建立基于遗传算法的风电场最大输出功率的优化算法，优化计算整个风电场输出功率。本优化调度方法可以明显的提高风电场的输出功率，当风电场中风电机组数量较多时，本发明专利技术的优化控制系统所产生的经济效益是非常可观。

【技术实现步骤摘要】
一种基于尾流模型的风电场优化调度方法
本专利技术属于风力发电控制
，特别涉及一种基于尾流模型的风电场优化调度方法。
技术介绍
风力发电已经成为具有商业竞争力的可再生能源发电方式。提高对有限风资源的利用率以及风电场运行效率，有效提高风电场电能产量成为了风电运营商面临的重大问题。传统的风电控制，主要是对单台风电机组进行孤立的最优控制，目标为单台风电机组在指定状况下的最高效的功率输出。而事实上，由于风电场有限的空间，多台风电机组实际上并不是孤立运行的，风电机组之间存在着相互的作用，这种作用主要表现为上游风电机组会干扰下游风电机组所在的流场，这种现象称为尾流效应。由于目前风力发电主要以风电场（风电机组集群）形式出现，而由于尾流效应的存在，导致上游风电机组的出力对下游风电机组出力产生较大的影响，而这种影响往往是负面的，即上游风电机组孤立的出力优化会使其下游风电机组出力降低，这使得基于单台风电机组的功率最大化控制往往不能够使全场功率达到最优。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提出一种基于尾流模型的风电场优化调度方法，其特征在于，该调度方法的具体步骤为：1）基于尾流效应的风电场优化调度系统，获取现场的风速信息和风电机组信息；2）建立不同风向时的多台风电机组尾流模型，并计算n台风电机组的尾流风速；3）判断每台风电机组的功率是否为最大，如果不是，建立基于遗传算法的风电场最大输出功率的优化算法，优化计算整个风电场输出功率。所述步骤1）中的风速信息包括来流风速v0和风向，风电机组信息包括风轮半径r0、风轮扫风面积A、轴向诱导因子a。所述步骤2）的具体步骤为：21）设直线l0为过原点且平行于风速的入流方向的直线，直线li为过第i台风电机组Ti且与直线l0垂直的直线，（xi，yi）表示第i台风电机组Ti的坐标，β代表入流角，风速入流方向与x轴的夹角为α，β+α＝90°，由线性函数的知识可知，通过上式求得直线l0与直线li垂直相交的交点坐标Qi（xi，yi），从坐标原点O到交点Qi的距离用Li表示，i=1，2···，n，n表示整个风电场中风电机组的台数；然后对Li进行由大到小的排序，得到每台风电机组的迎风顺序；22）设直线lj′为过上游第j台风电机组Tj且平行于风速入流方向的直线，直线lj′与直线li垂直相交，（xj，yj）表示第j台风电机组Tj的坐标，由线性函数的知识可知，j,i≠0,j≠0;]]>j的取值为在第i台风电机组Ti的迎风顺序Li之前的风电机组的序号；通过上式求得直线lj′与直线li垂直相交的交点坐标Pij（xij，yij），交点坐标Pij（xij，yij）与第j台风电机组Tj的坐标之间的距离为dij，交点坐标Pij（xij，yij）与第i台风电机组Ti的坐标之间的距离为dji；23）在交点Pij（xij，yij）的尾流半径rji为：rji＝r0+αdji；如果r0+rji>dji，则第i台风电机组Ti处于上游第j台风电机组Tj的尾流中，求得上游风电机组对第i台风电机组Ti产生的尾流风速vi：其中，m为对第i台风电机组Ti产生尾流影响的上游风电机组的台数；vji为上游第j台风电机组Tj对第i台风电机组Ti产生的尾流风速；vj为上游风电机组对第j台风电机组Tj产生的尾流风速；如果r0+rji<=dji，则第i台风电机组Ti不处于上游第j台风电机组Tj的尾流中。所述步骤3）中优化算法的目标函数为：其中，P为整个风电场的最大输出功率；Pi为单个风电机组的输出功率，Pi＝2ρvi3a(1-a)2A，ρ表示空气的密度。附图说明图1为基于尾流模型的风电场优化调度方法流程图；图2为入流角为0≤β≤90°时风电机组的迎风顺序的计算方法；图3为4台风电机组沿直线布置图；图4（a）为风电机组间隔为5D时的计算结果；图4（b）为风电机组间隔为7D时的计算结果；图4（c）为5D和7D间隔时的对比图；图5为优化计算后的结果图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细说明。如图1所示为本专利技术提出的基于尾流模型的风电场优化调度系统流程图，该调度方法的具体步骤为：首先，基于尾流效应的风电场优化调度系统，获取现场的风速信息和风电机组信息。本专利技术基于尾流效应的风电场优化调度系统，其采用独立运行的系统或基于现有的调度系统。当采用独立运行的系统时，基于尾流效应的风电场优化调度系统包括通信系统、服务器系统和优化调度算法，通信系统负责从现场风电机组采集风速信息、轴向诱导因子a，服务器系统为优化调度算法提供支撑平台，优化调度算法主要用于优化计算风电机组的输出功率；当基于现有调度系统时，使用现有调度系统的通信平台和服务器平台。风电机组信息包括风轮半径r0、风轮扫风面积A（因为同一风电场的风电机组是相同的，所以风轮扫风面积A也是相同的）、轴向诱导因子a；现场的风速信息包括来流风速v0和风向。其次，建立不同风向时的多台风电机组尾流模型，并计算n台风电机组的尾流风速。当是单台风电机组且风速垂直吹向风轮时，根据Jensen模型建立单台风电机组的尾流模型如式（1）所示：其中，v表示距离风电机组为d处的尾流速度。但在计算多台风电机组时，由于前面的风电机组尾流会影响后面风电机组的来流速度，所以在建立多台风电机组的尾流模型时，必须计算各台风电机组的迎风顺序，计算方法如图2所示。设定直线l0为过原点且平行于风速的入流方向的直线，直线li为过第i台风电机组Ti且与直线l0垂直的直线，（xi，yi）表示第i台风电机组Ti的坐标，β代表入流角，风速入流方向与x轴的夹角为α，β+α＝90°。由线性函数的知识可知，通过式（2）求得直线l0与直线li垂直相交的交点坐标Qi（xi，yi），从坐标原点O到交点Qi的距离用Li表示，i=1，2···，n，n表示整个风电场中风电机组的台数；然后对Li进行由大到小的排序，得到每台风电机组的迎风顺序。设直线lj′为过上游第j台风电机组Tj且平行于风速入流方向的直线，直线lj′与直线li垂直相交，（xj，yj）表示第j台风电机组Tj的坐标，由线性函数的知识可知，...

【技术保护点】
一种基于尾流模型的风电场优化调度方法，其特征在于，该调度方法的具体步骤为：1）基于尾流效应的风电场优化调度系统，获取现场的风速信息和风电机组信息；2）建立不同风向时的多台风电机组尾流模型，并计算n台风电机组的尾流风速；3）判断每台风电机组的功率是否为最大，如果不是，建立基于遗传算法的风电场最大输出功率的优化算法，优化计算整个风电场输出功率。

【技术特征摘要】
1.一种基于尾流模型的风电场优化调度方法，其特征在于，该调度方法的具体步骤为：1)基于尾流效应的风电场优化调度系统，获取现场的风速信息和风电机组信息；2)建立不同风向时的多台风电机组尾流模型，并计算n台风电机组的尾流风速；3)判断每台风电机组的功率是否为最大，如果不是，建立基于遗传算法的风电场最大输出功率的优化算法，优化计算整个风电场输出功率；所述步骤1)中的风速信息包括来流风速v0和风向，风电机组信息包括风轮半径r0、风轮扫风面积A、轴向诱导因子a；所述步骤2)的具体步骤为：21)设直线l0为过原点且平行于风速的入流方向的直线，直线li为过第i台风电机组Ti且与直线l0垂直的直线，(xi,yi)表示第i台风电机组Ti的坐标，β代表入流角，风速入流方向与x轴的夹角为β+α＝90°，由线性函数的知识可知，通过上式求得直线l0与直线li垂直相交的交点坐标Qi(xi,yi)，从坐标原点O到交点Qi的距离用Li表示，i＝1,2,…,n，n表示整个风电场中风电机组的台数；然后对Li进行由大到小的排序，得到每台风电机组的迎风顺序；22)设直线lj′为过上游第j台风电机组Tj且平行于风速入流方向的直线，直线lj′与直线li垂直相交，(xj,yj)表示第j台风电机组Tj的坐标，由线性函数的知识可知，

【专利技术属性】
技术研发人员：刘永前，顾波，韩爽，李莉，孟航，张晋华，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京;11