2024复杂地形陆上风电场自动布机方法

复杂地形陆上风电场自动布机方法123自动布机算法关键技术解析4工程应用实例布机效果评价自动布机算法自动布机算法研究背景自动布机的意义研究背景：1.国内陆上风电场的开发重心已经从高风速平坦地形区域转移到中低风速复杂地形区域。2.复杂地形风电场风资源分布和风况参数受地形影响明显，机位排布方案对发电量影响很大。3.手动布机存在诸多限制，难以兼顾发电量和机组安全。需求解析：1.通过优化机位排布方案来提升发电量，从而提升收益。2.采用自动化布机的方式提高布机效率。原始方案容量（MW）75机型2.5-145台数30平均风速5.03折减0.78发电小时数2115.3内部收益率7.2度电成本（元）0.391优化方案容量（MW）75机型2.5-145台数30平均风速5.15折减0.78发电小时数2212.5内部收益率8.6度电成本（元）0.379

原始方案优化方案提升量百分比平均风速0.122.38%发电小时数97.24.58%内部收益率1.4

19.4%

度电成本-0.012

-3.17%

123456789101112自动布机算法逻辑图开发规划：以解决复杂地形陆上风电场开发中的布机问题为出发点，以发电量最优为目标，排布过程中考虑各项限制因素，提出一种复杂地形陆上风电场的自动布机算法。布机思路：基于风电场风资源计算结果，提取测风塔修正后场区范围内的风资源参数，结合风电场范围和限制区域、风机型号和安全要求、风电场布机要求，循环地在场区内寻找发电量最优的机位点，布机并更新风资源图谱，直到选出所有机位点，完成布机。布机算法自动布机逻辑自动布机算法软件简介自动布机软件将方法封装，开发用于实现复杂地形风电场智能化自动布机算法的软件，包括以下三大模块：风场信息模块：用于导入风电场信息数据，检查数据格式和场址匹配性。机型设置模块：用于指定风电场拟采用的风机型号、台数、最小间距，导入风机的功率/推力系数曲线。优化选址模块：用于设置控制参数、限制因素开关，进行计算求解、可视化、输出计算结果。风场轮毂高度平面坐标数据、高程数据、风速数据、风切变数据、入流角数据AK值数据、等高面综合风速数据测风塔完整年测风数据风场边界/限制区域风场信息机型设置优化选址机型一风机型号、台数、最小机距、功率曲线机型二风机型号、台数、最小机距、功率曲线备用机组数求解参数设置限制因素开关设置计算求解结果可视化机位方案输出软件界面自动布机算法关键技术解析关键技术-1多限制因素布机本方法是将复杂地形陆上风电场布机问题转化为单目标多限制因素的数学优化问题。主要特点：以发电量最优做为布机目标；支持风电场数据可视化；支持基于已有机位布机；支持图形交互指定风电场范围和限制区域；支持多机型混搭；支持多种限制因素自由组合（最小机距、风切变、入流角、最小风速、孤立机位剔除等）。关键技术解析支持基于现有机位布机，补全剩余机位支持图形交互指定风电场边界和障碍区域支持采用两种机型混搭支持定制化布机要求：自由组合和设定限制因素风电场数据同化和可视化关键技术-2考虑尾流效应本方法在布机过程中考虑了临近机组的尾流影响。解决思路：基于尾流经验模型结合测风数据计算机组的尾流效应对周围风速的影响，更新风资源分布，并基于新的风资源图谱循环布机，确保整场尾流效应较小。计算方法：采用机位点的A/K值、粗糙度和测风塔的风能分布数据快速计算并分配各个风向下的尾流损失。保证尾流后整场发电量的最大化。关键技术解析测风数据尾流模型粗糙度尾流效应分布尾流效应强度考虑尾流效应的最优布机方案AK值关闭异常机位剔除：机位方案中出现了一些远离主机群的机位，这些机位的道路成本和集电线路成本较高。激活异常机位剔除：新的机位方案中自动剔除了不合理机位，避免了以发电量最优为目标进行自动布机伴随的高道路成本问题。关键技术-3异常机位剔除自动布机过程中无法考虑机位点分布对道路和集电线路成本的影响，本方法提供异常机位点剔除选项。解决思路：1.采用基于单机组和双机组的离群搜索算法，对整个排布方案进行分析，根据设定的剔除标准，检测可能拉高道路成本的机位。2.采用IEC61400-1中11.1节所述地形复杂度计算方法计算机组位置的地形复杂度等级，辅助进行不合理机位检测。关键技术解析不考虑异常机位剔除考虑异常机位剔除工程应用实例布机输入自动布机数据项目信息：河南中部某山地风电场，地形复杂，区内测风塔平均风速4.74m/s，属于典型的低风速复杂地形风电场。基本参数：风电场规划容量100MW，风场面积约70

km^2。推荐机型为MySE3.0-145型风机，共33台。布机要求：机位需位于风场范围内，避开保护区。最小机距3倍叶轮直径，风切变限值0.2，入流角限值8°，最低布机风速4.2m/s。工程应用实例测风数据机组信息参数数值规划容量100MW推荐机型3.0-145台数33测风塔平均风速4.74m/s最小机距3D入流角限值8°风切变限值0.2最低布机风速4.2m/s风电场范围(灰色)和自然保护区(红色）功率曲线风资源/风况图谱布机结果布机结果对比工程应用实例结果对比手动布机方案对比参数手动布机方案自动布机方案差值方案用时(h)80.57.4尾流前平均风速(m/s)4.8524.9850.133尾流后平均风速(m/s)4.7214.930.209折减后发电小时数(h)1781.21936.0154.8年发电收益(万元)7660.588326.35665.77项目信息：分别采用手动布机和自动布机方法进行布机。通过对比两版机位方案，验证自动布机的效率和质量。对比结果：效率方面：手动布机由于部分机位点风况参数超标需要重复多次机位调整过程，布机耗时8小时，而自动布机方案在1小时内完成布机。质量方面：自动布机方案在平均风速、发电小时数、年发电收益等多个方面优于手动布机方案。自动布机方案布机效果评价布机效果布机效果评价样本选择：针对不同区域、不同复杂度等级的风电场，分别选取三个样本。采用相同的机型和限制条件布机，通过对比自动布机方案与原方案的发电量，对自动布机方法的效果进行评价。效果评价：1.对于不同复杂度等级的风电场，采用自动布机方案均能明显提升发电量。2.复杂度越高的风电场，自动布机方案的发电量提升效果越明显。布机效果评价结果对比项目编号风场位置地形复杂度原方案风速(m/s)原方案发电量(h)自动布机方案风速(m/s)自动布机方案发电量(h)风速提升(m/s)发电量提升(h)1内蒙低8.063025.78.173093.50.1167.82新疆低8.613269.28.683327.60.0758.43甘肃低7.442703.67.572798.60.13954河南中5.842647.15.9127170.0769.95湖北中5.542388.55.672472.30.1383.86安徽