一种基于风场尾流模型的机群划分方法技术

本发明专利技术公开了一种基于风场尾流模型的机群划分方法

【技术实现步骤摘要】
一种基于风场尾流模型的机群划分方法


[0001]本专利技术属于图论和机器学习在能源领域的应用，具体涉及一种基于风场尾流模型的机群划分方法
。

技术介绍

[0002]能源问题已成为当今世界所需解决的首要难题，因此，各国及组织积极致力于探究新型替代能源的技术，以推动能源领域的经济转型
。
在这方面，可再生能源备受关注，由于其具备可再生和无污染的特点，具有巨大的潜力和优势
。
在中国，风力发电产业作为可再生能源行业的重要组成部分，正迅速发展
。
然而，为实现风力发电的高效化，对于技术的创新提出了更高的要求
。
[0003]风场中的尾流效应指的是风流过风机，转子后方的风速降低，导致下游风力发电机的发电量减少的过程
。
为减少尾流效应，提升整场发电，场级优化控制受到了广泛的关注
。
提前进行机群划分是提高风场并行优化效率的关键一步
。
[0004]目前对风场机群划分的研究方法较少，大部分通过人工划分
。
人工划分只能针对布局整齐的风场，并且需要在特定风向时才能保证划分机群的准确性
。
由于风况通常变化复杂，人工划分无法保证在任何风况下都能进行稳定的并行优化
。
有的方法基于尾流模型建立了尾流权值有向图，然后采用深度树搜索的思想进行机群划分
。
该方法的主要问题是机群划分的数量由最前排风机数决定，无法调整
。
机群划分数量太少，会导致并行优化效率太低；机群划分数量太多，会导致被忽略的尾流太多，优化结果的最终误差太大
。
此外这类方法从整个风场看可能不是最优划分结果
。

技术实现思路

[0005]为了弥补现有技术的不足，本专利技术提供一种基于风场尾流模型的机群划分方法，可以实现在不同风向下针对特定的风场进行合理的机群划分，在尽量忽略更少的尾流效应的情况下保证子集中的风机数量均衡
。
该方法基于多变量耦合的尾流模型，建立风场尾流权值无向图，然后利用谱聚类算法，对图进行分割，并实现风场机群划分，为后续的风场并行优化控制提供参考
。
本专利技术的技术方案为：
[0006]一种基于风场尾流模型的机群划分方法，该方法包括以下步骤：
[0007]步骤1，构建多变量耦合的尾流模型；
[0008]步骤2，基于尾流模型的信息，建立风场尾流权值无向图；
[0009]步骤3，对风场尾流权值无向图进行预处理，剔除孤点，将所有孤点保存为独立机群；
[0010]步骤4，基于谱聚类方法对风场尾流权值无向图做切割；
[0011]步骤5，合并孤点的独立机群，采用索引的方式保存划分结果，更换不同风向，重复步骤2‑
步骤5，保存所有风向下的运行结果
。
[0012]进一步地，所述步骤1中的尾流模型是基于
PARK
模型的改进模型，可以实现所有风
机的轴杆因子和偏航角的联合控制，尾流模型的优化控制目标函数如下：
[0013][0014]s.t.
α
i
，
min
≤
α
i
≤
α
i
，
max
，
[0015]o
i
，
min
≤o
i
≤o
i
，
max
，
[0016](i
＝
1...n)。
[0017]其中，
P
表示总风场发电量，
ρ
表示空气密度，
A
表示风机迎风面，
C
p
表示发电系数，
u
i
表示风机
i
前的风速，
U
∞
。
表示环境风速，
θ
W
表示环境风向，
α
i
和
o
i
分别表示风机
i
的控制变量轴感因子和偏航角
。
[0018]进一步地，所述步骤1具体包括：
[0019]分析已有的
PARK
模型，加入偏航角对其的影响，建立基于
PARK
模型的多变量耦合的尾流模型，
PARK
模型仅表示下游风速与轴杆因子之间的关系：
[0020]u(d
，
r
，
α
j
)
＝
(1
‑
δ
u(d
，
r
，
α
j
))U
∞
，
[0021][0022]其中，
δ
u
表示尾流衰减系数，
α
j
表示风机
j
的轴杆因子，
U
∞
为环境风速；
d
和
r
表示风机后的位置，具体参考图
3。R
j
表示风机的迎风面半径
。
[0023]尾流模型在
PARK
模型基础上增加了偏航角对尾流轨迹的影响：
[0024][0025]r
ij
表示尾流偏移，其中分别表示由位置
、
旋转叶片及偏航角导致的尾流偏移
。
θ
ij
表示由
i、j
位置决定的角度，
θ
W
表示环境风向
。
进而可以计算尾流叠加面积，当风机
i
受到不止一台上游风机影响，尾流衰减因子表示如下：
[0026][0027]式中，
γ
为偏航角对尾流衰减系数的影响，
κ
为尾流膨胀系数，表示影响风机
i
的所有上游风机，其中
α
j
，
o
j
分别表示上游风机的轴杆因子和偏航角，表示尾流叠加面积，
A
i
表示下游风机迎风面积；
[0028]进而可以计算得到风场受到尾流效应时每台风机的发电量，以此为目标进行优化控制
。
[0029]进一步地，所述步骤2中风场尾流权值无向图的每条边的权值表示尾流效应的强弱，定义如下：
[0030][0031]进一步地，所述步骤4具体包括：
[0032]使用
i∈A
表示
{i|v
i
∈A)
，
V
＝
{v1，
...
，
v
n
}
表示所有风机集，一个风机集与它的补集之间的尾流效应表示如下：
[0033][003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于风场尾流模型的机群划分方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1，构建多变量耦合的尾流模型；步骤2，基于尾流模型的信息，建立风场尾流权值无向图；步骤3，对风场尾流权值无向图进行预处理，剔除孤点，将所有孤点保存为独立机群；步骤4，基于谱聚类方法对风场尾流权值无向图做切割；步骤5，合并孤点的独立机群，采用索引的方式保存划分结果，更换不同风向，重复步骤2‑
步骤5，保存所有风向下的运行结果
。2.
根据权利要求1所述的基于风场尾流模型的机群划分方法，其特征在于，所述步骤1中的尾流模型是基于
PARK
模型的改进模型，可以实现所有风机的轴杆因子和偏航角的联合控制，尾流模型的优化控制目标函数如下：
s.t.
α
i
，
min
≤
α
i
≤
α
i
，
max
o
i
，
min
≤o
i
≤o
i
，
max
(i
＝
1...n)
其中，
P
表示总风场发电量，
ρ
表示空气密度，
A
表示风机迎风面，
C
p
表示发电系数，
u
i
表示风机
i
前的风速，
U
∞
表示环境风速，
θ
W
表示环境风向，
α
i
和
o
i
分别表示风机
i
的控制变量轴感因子和偏航角
。3.
根据权利要求1所述的基于风场尾流模型的机群划分方法，其特征在于，所述步骤1具体包括：分析已有的
PARK
模型，加入偏航角对其的影响，建立基于
PARK
模型的多变量耦合的尾流模型，
PARK
模型仅表示下游风速与轴杆因子之间的关系：
u(d
，
r
，
α
j
)
＝
(1
‑
δ
u(d
，
r
，
α
j
))U
∞
，其中，
δ
u
表示尾流衰减系数，

【专利技术属性】
技术研发人员：林玮，袁林松，刘懿楚，胡婧瑶，张金博，干献丰，杨秦敏，孟文超，李超，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：