2023.5.3

多类型风电机组风电场间距限制与布局优化研究。本文对风电场的间距限制和非均匀风电场的布局优化问题进行了研究。1.提出了定向限制法（仅在盛行风向上限制风机距离大于5D。也就是减小侧风向的风机间距（如3D），增大顺风向的间距限制（如5D）），将该方法得到的风场利用率与全向限制（如两风机各个方向的间距不小于5D）进行比较。2.本文采用了基于詹森尾流模型的概念性二维尾流模型，考虑了轮毂高度差。该模型根据面积比原理考虑了部分尾流效应，可以更准确地估计风损失。3.通过四个典型算例验证了定向限制和优化方法的有效性。本文给出5种类型的风机，他们的转子直径、轮毂高度、额定功率等均不相同。（1）案例一：具有均匀风机的对齐布局风电场。该风电场仅包含一种风机，共48台。风的唯一方向是北方，轮毂高度的风速为8.0m/s。采用定向限制（WT与3行16列对齐，侧风间隔缩短但大于3D，顺风间隔相应增加。）使得风电场效率达96%，而全向限制（WT以6行8列对齐，dWTmin>5D ，效率为81%。（2）案例2：采用均匀风机的优化布局。在案例一定向限制的基础上，以年发电量最高为目标，采用多种群遗传算法（MPGA）优化风机布局，使得风电场效率为98%。（3）案例三：具有非均匀风机的优化布局。风电场包含5种类型的风机，风电机组总数为45台，每种机型9台。风向：北风，轮毂高度135m处的风速为10 m/s，风速随轮毂高度的变化而变化。采用MPGA算法进行优化。应用方向限制，其限制区域是顺风方向的5D距离和侧风方向2.5D距离。优化结果，风电场效率高达99.21%，风电场的输出功率为84.24MW。（4）案例四：香港沙洲岛近海海域4km×4km潜在海上风电场。用了五种类型的风力发电机，风速来自观测数据，并考虑了风速随高度的变化，这在案例3中已经介绍过。MPGA仍然是优化工具，方向限制也被应用，在顺风方向的5D距离和侧风方向的3D距离的限制。风电场的输出功率为98.57%。4.结论：（1）采用方向约束和多种群遗传算法对非均匀风电场进行优化是一种有效的方法，可以充分利用风能资源。（2）对于具有高度集中的风向的区域，方向限制更有效地起作用。（3）定向限制的限制区域小于全向限制的限制区域。因此，方向限制的应用还可以通过安装更多的风机来提高风电场的容量。