The invention discloses a planning method of tidal current energy power generation field considering the influence of reefs. The main steps are as follows: 1) acquiring basic data. 2) get the mean value set of tidal velocity M. 3) generate the initial sample of generator set and the position coordinates of generator. 4) calculate the daily equivalent investment cost of the tidal electric field. 5) calculate the daily generation E of the power plant. 6) Tidal current generators are grouped into seven groups. The daily equivalent investment cost of collector system considering infeasible areas is calculated. 8) optimization of tidal flow energy generation planning. 9) determine whether iteration is terminated. The present invention can be widely applied to the planning of tidal current power plant, and can provide useful reference for the planning and operation analysis of tidal current power plant.
【技术实现步骤摘要】
一种考虑礁石影响的潮汐流能发电场规划方法
本专利技术涉及电力系统规划领域，具体是一种考虑礁石影响的潮汐流能发电场规划方法。
技术介绍
能源危机及环境污染问题日趋严重，潮汐流能发电作为一种绿色环保、潜力巨大的海洋能利用形式得到世界各国的高度重视。为充分利用潮汐流能资源，常采用潮汐流能发电场的形式集中发电，欧美等国已建立MW级潮汐流能发电场，并投入商业运行。潮汐流能发电场规划设计是潮汐流能开发所要解决的关键问题，其直接关系到潮汐流能发电场的发电效率、投资成本及长期盈利能力。实际海域中，礁石等不可行区域在潮汐流能发电场规划过程中是客观存在的，这些区域难以安装发电机和电缆，影响潮汐流能发电场的规划设计。另一方面，潮汐流过礁石等不可行区域，可以看作一个极为复杂的绕流问题，且在不可行区域后形成较长的尾流扰动区，在尾流区不但降低潮汐流速，而且还有强的湍流，对潮汐流能发电机运行非常不利。因此，如何充分考虑礁石等不可行区域对潮汐流能发电场规划的影响，成为潮汐流能发电场建设亟需解决的关键问题。目前，在潮汐流能发电场规划方法研究中，现有技术公开的方法是：以一段时间内潮汐流电场单位发电费...
【技术保护点】
1.一种考虑礁石影响的潮汐流能发电场规划方法，其特征在于，主要包括以下步骤：1)获取所述潮汐流能发电场的基础数据；2)依次计算潮汐流速一天中24个时段的均值mt。得到24个时段的潮汐流速均值集合M＝[m1,m2,…,m24]；根据潮汐流速均值集合M描绘潮汐流速的典型曲线；潮汐流速24个时段的均值mt如下所示：
【技术特征摘要】
1.一种考虑礁石影响的潮汐流能发电场规划方法，其特征在于，主要包括以下步骤：1)获取所述潮汐流能发电场的基础数据；2)依次计算潮汐流速一天中24个时段的均值mt。得到24个时段的潮汐流速均值集合M＝[m1,m2,…,m24]；根据潮汐流速均值集合M描绘潮汐流速的典型曲线；潮汐流速24个时段的均值mt如下所示：式中，vqt为第q天t时段的潮汐流速；t为时段序号；t＝1，2，…，24；n为潮汐流速实测数据的日样本总数；q为天数序号；q＝1，2，…，n；3)生成Np种潮汐流能发电场机组布局初始样本和初始样本中每一台发电机的位置坐标；Np个初始个体表示Np种不同的潮汐流能发电场机组布局方案；4)计算潮汐流能发电场的日等效投资成本CTCT；第k种潮汐流能发电场机组布局方案中，潮汐流能发电场的日等效投资成本CkTCT如下所示：式中，Nt为潮汐流能发电场发电机数目；Cu为发电机单价，ns为潮汐流能发电机的经济寿命；r为折现率；k为任意潮汐流能发电场机组布局方案；k＝1，2，…，Np；5)分别计算Np种潮汐流能发电场机组布局初始样本中潮汐流能发电场的日发电量E；6)分别对Np种潮汐流能发电场机组布局初始样本中的潮汐流能发电机进行分组；基于潮汐流能发电场发电机的位置信息和差分进化算法，对发电机进行辐射形分组，组数为γ，从而得到潮汐流能发电场的分组信息；7)根据潮汐流能发电场的发电机分组信息和混合整数规划方法，分别计算Np种潮汐流能发电场机组布局初始样本中考虑不可行区域的集电系统日等效投资费用；8)利用遗传算法优化潮汐流能发电场规划方案，并分别计算Np种方案的适应度值fitness和优化目标；所述优化目标为最小单位发电费用Fmin；9)判断迭代是否终止；判断方法主要如下所示：判断当前是否达到最大迭代次数；若是，则最优的潮汐流场规划方案是步骤8中优化目标最小的一个个体；若否，迭代次数iteration+1，并生成新的方案，并返回步骤4；生成新的方案的方法主要如下所示：根据适应度值fitness，对当前所有个体进行选择、交叉和变异运算，从而生成新的Np个布局方案。2.根据权利要求1所述的一种考虑礁石影响的潮汐流能发电场规划方法，其特征在于，所述潮汐流能发电场的基础数据主要包括：1)n天内潮汐流能发电场在每天的24个时段的潮汐流速实测数据样本vqt；q为天数序号；t为时段序号；2)潮汐流能发电机的切入流速Vin、额定流速Vrated、切出流速Vout、额定输出功率Prated、获能系数Cp、推力系数CT、叶片直径D、叶片半径r0和叶片扫过的面积A；3)海水密度ρ和湍流系数I0；4)潮汐流能发电场的规划面积、潮汐流能发电机数量Nt、潮汐流能发电机单价Cu、潮汐流能发电机的经济寿命ns和折现率r；5)潮汐流能发电场中发电机分组数γ和组内最大发电机数量n_limit；6)电缆的种类数L、各类电缆最大持续载流量Ilrated和单位长度交流电阻Rl；l为电缆的序号；7)电缆费用系数Ap、电缆费用系数Bp、电缆费用系数Dp和单位长度电缆的运输与安装费用c08)潮汐流能发电场不可行区域的顶点Oχ；χ＝1,2…Nin；Nin为多边形顶点数；潮汐流能发电场不可行区域以多边形逼近法表示；9)潮汐流能发电场不可行区域的阻力系数CD和不可行区域直径β。3.根据权利要求1所述的一种考虑礁石影响的潮汐流能发电场规划方法，其特征在于，生成潮汐流能发电场机组布局初始样本和初始样本中每一台发电机的位置坐标的主要步骤如下：1)初始化遗传算法的最大迭代次数；迭代计数iteration＝1；2)计算机随机生成Np个初始个体，每个初始个体的长度为2Nt；Np个初始个体构成实数矩阵G；Np个初始个体表示Np种不同的潮汐流能发电场机组布局方案；其中，第k种潮汐流能发电场机组布局方案中第i台发电机的位置坐标表示为(Gk,2i-1,Gk,2i)；i＝1,2…Nt；k＝1,2,…,Np；Np是初始个体数目；Nt为发电机数目；3)判断第k种潮汐流能发电场机组布局方案中第i台发电机是否位于不可行区域内，若位于不可行区域内，则重新生成第i台发电机的位置坐标(Gk,2i-1,Gk,2i)，直到第i台发电机位于不可行区域外为止；4)求解每个初始个体中任意两发电机间的距离Z，并判断距离Z是否大于最小安全距离5D；D为潮汐流发电机直径；若Z>5D，则记所述初始个体为潮汐流能发电场机组布局初始样本；若Z≤5D，则重新生成初始个体，并返回步骤3。4.根据权利要求1所述的一种考虑礁石影响的潮汐流能发电场规划方法，其特征在于，计算潮汐流能发电场的日发电量的主要步骤如下：1)分别计算24个时段潮汐流能发电场内发电机的流速，主要步骤如下：1.1)设定潮汐流速沿x轴正方向流动，并基于发电机横坐标的大小，对第k个方案中Nt台发电机进行排序；排序后，第k个方案中第1台发电机的流速vk1t如下所示：式中，t为时段序号；t＝1，2，…24；mt为t时段潮汐流速的均值；1.2)计算第k个方案中，除第1台发电机外，其余Nt-1台发电机单独受上游第i台发电机尾流影响的流速uki；若发电机和来潮方向之间距离小于目标发电机和来潮方向之间距离，则所述发电机为上游发电机；上游发电机尾流影响目标发电机；第k种方案中，第j台发电机在t时段单独受上游第i台发电机尾流影响的流速ukijt如下所示：式中，mt为t时段潮汐流速的均值；k＝1,2…Np；Np为初始个体数目；i＝1，2，…，Nt；Nt为发电机数目；t为时段序号；t＝1，2，…，24；i为上游发电机的编号；CT为潮汐流能发电机的推力系数；r0为潮汐流能发电机叶片半径；R(ξij)为上游第i台发电机的尾流半径；上游第i台发电机的尾流半径R(ξij)如下所示：式中，r0为潮汐流能发电机叶片半径；I0为湍流系数；ξij为第i台发电机和第j台发电机的实际距离；1.3)计算不可行区域尾流半径b；不可行区域尾流半径b如下所示：式中，CD为不可行区域的阻力系数；β为不可行区域直径；Yx为沿流速方向发电机距不可行区域的距离；计算第i台发电机的潮汐流经过不可行区域后的流速亏损ux；第i台发电机的潮汐流经过不可行区域后的流速亏损ux如下所示：式中，vmax为最大尾流亏损值；b1/2为尾流亏值v＝0.5vmax对应的尾流半径；Yy为垂直流速方向发电机距不可行区域的距离；计算最大尾流亏损值vmax；最大尾流亏损值vmax如下所示：式中，CD为不可行区域的阻力系数；β为不可行区域直径；Yx为沿流速方向发电机距不可行区域的距离；u0为初始流速；计算尾流亏值v＝0.5vmax对应的尾流半径b1/2；尾流亏值v＝0.5vmax对应的宽度b1/2如下所示：式中，CD为不可行区域的阻力系数；β为不可行区域直径；Yx为沿流速方向发电机距不可行区域的距离；1.4)计算多尾流影响下的潮流流速，即计算第k种方案中第j台发电机在t时段的实际流速第k种方案中第j台发电机在t时段的实际流速如下所示：式中，ukijt表示第k种方案中第j台发电机在t时段单独受上游第i台发电机尾流影响的流速；mt为t时段潮汐流速的均值；Nkwi为第k种方案第j台发电机上游的机组数量；ux为潮汐流经过不可行区域后的流速亏损；Yj为第j台发电机距不可行区域中心的距离；D为潮汐流发电机直径；U为潮汐流进入不可行区域时的入流速度；k＝1,2…Np；Np为初始个体数目；j＝1，2，…，Nt；Nt为第k种方案中发电机数目；Hj表示第j台发电机是否受到不可行区域的影响；判断第j台发电机是否受不可行区域的影响的依据为不可行区域位置和不可行区域尾流半径b；若第j台发电机不在以不可行区域为中心、以尾流半径b为半径的圆内，则第j台发电机不受不可行区域的影响；若第j台发电机受到不可行区域的影响，则Hj＝1；若第j台发电机不受不可行区域的影响，则Hj＝0；2)计算潮汐流能发电机的输出功率，即...
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