一种风电场内风机的偏航尾流控制方法及设备技术

本发明专利技术公开了一种风电场内风机的偏航尾流控制方法及设备，该方法包括如下步骤：S1：输入风电场基本数据；S2：通过所述风电场基本数据，基于轴向诱导因子和约束条件构建风电场出力优化模型；S3：求解所述风电场出力优化模型得到优化结果，所述优化结果包括最佳偏航角、最佳轴向诱导因子；S4：将所述最佳轴向诱导因子转化为最佳调节参数；S5：根据所述最佳偏航角、最佳调节参数设置每台风机的运行，以减小风电场尾流效应，从而使所述风电场出力最大。本发明专利技术能够减小风电场尾流效应，从而使所述风电场出力最大。电场出力最大。电场出力最大。

【技术实现步骤摘要】
一种风电场内风机的偏航尾流控制方法及设备


[0001]本专利技术涉及应用于风电场运行与控制的
，特别是涉及一种风电场内风机的偏航尾流控制方法及设备。

技术介绍

[0002]尾流效应是指上游的风力发电机吸收自然风的动能转化为电能后，转子下游的风速会降低，进而影响下游机组发电能力的现象。随着风力发电特别是海上风电的飞速发展，越来越多的研究表明尾流效应导致的损失很大，如丹麦的Horns Rev风电场中下游发电机因尾流而产生的发电损失高达40％。
[0003]为了克服尾流效应导致风电场出力下降的严重问题，现有研究通常优化待建风电场的微观布局或优化已建风电场的运行特性。对于已建成的风电场，通常有两种运行优化策略，分别是优化偏航角和优化轴向诱导因子，同时，已有研究在优化风电场的运行过程中使用的尾流模型多为Jensen模型等精确度较低的模型，与实际风电场的尾流数据契合度较差。

技术实现思路

技术问题
[0004]本专利技术的目的在于解决风电场内风机之间尾流效应导致的损失较大的技术问题，提供一种风电场内风机的偏航尾流控制方法及设备。解决方案
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种风电场内风机的偏航尾流控制方法，包括如下步骤：S1：输入风电场基本数据；S2：通过所述风电场基本数据，基于轴向诱导因子和约束条件构建风电场出力优化模型；S3：求解所述风电场出力优化模型得到优化结果，所述优化结果包括最佳偏航角、最佳轴向诱导因子；S4：将所述最佳轴向诱导因子转化为最佳调节参数；S5：根据所述最佳偏航角、最佳调节参数设置每台风机的运行，以减小风电场尾流效应，从而使所述风电场出力最大。
[0007]在本专利技术的一些实施例中，步骤S2中，构建所述风电场出力优化模型，包括如下步骤：S21：建立单风机高斯尾流模型，并得到尾流风速亏损；S22：根据所述尾流风速亏损建立多风机尾流叠加耦合模型，并求解得到每个风机的来流风速；S23：根据所述轴向诱导因子和所述来流风速建立风电场出力模型的目标函数、所述约束条件；S24：基于所述约束条件求解所述风电场出力模型的目标函数得到所述风电场出力优化模型。
[0008]在本专利技术的一些实施例中，在步骤S24中，求解所述风电场出力模型的目标函数，包括如下步骤：S241：在所述风电场出力模型的目标函数的解空间内任意选取初始解作为最新粒子种群；S242：计算所述最新粒子种群中每个粒子的风电场出力；S243：迭代更新每个粒子的历史最佳风电场出力与历史最佳控制变量；S244：判断迭代次数是否达到设定值，
若未达到设定值，则更新粒子种群并执行步骤S242；若达到设定值，则执行步骤S3。
[0009]在本专利技术的一些实施例中，所述风电场出力模型的目标函数表达式如下：其中，P
wf
代表整个风电场的总出力，n为风力发电机的总台数，P
wt(i)
代表第i台风力发电机的出力，ρ代表空气密度，d0代表风轮直径，α
wt(i)
代表第i台风力发电机的轴向诱导因子，η代表风力发电机的发电效率，V
wt(i)
代表第i台风力发电机的来流风速，γ
wt(i)
为第i台风力发电机的偏航角；所述单风机高斯尾流模型的表达式如下：其中，ΔV
wt(k),wt(j)
代表第k台风力发电机在第j台风力发电机处的尾流风速亏损，V
wt(k)
代表第k台风力发电机的来流风速，C
T,wt(k)
代表第k台风力发电机的推力系数，γ
wt(k)
代表第k台风力发电机的偏航角，σ
y,wt(k),wt(j)
代表第k台风力发电机的尾流风速在第j台风力发电机处沿y方向的标准差，σ
z,wt(k),wt(j)
代表第k台风力发电机的尾流风速在第j台风力发电机处沿z方向的标准差，y
d,wt(k),wt(j)
代表第k台风力发电机的尾流在第j台风力发电机处的尾流核心偏移量，x
wt(j)
、y
wt(j)
分别代表第j台风力发电机在x轴、y轴上的坐标，x
wt(k)
、y
wt(k)
代表第k台风力发电机在x轴、y轴上的坐标；所述多风机尾流叠加耦合模型的表达式如下：其中，V
wt(j)
代表第j台风力发电机的来流风速，V0代表流入风电场的初始风速。
[0010]在本专利技术的一些实施例中，所述约束条件包括轴向诱导因子补充约束，所述轴向诱导因子补充约束的表达式如下：其中，η代表风力发电机的发电效率，α
wt(i)
代表第i台风力发电机的轴向诱导因子，C'
P,wt(i),max
代表第i台风力发电机的实际功率系数的最大值。
[0011]在本专利技术的一些实施例中，所述约束条件还包括偏航角上下限约束、轴向诱导因子上下限约束、额定功率约束。
[0012]在本专利技术的一些实施例中，所述最佳调节参数包括最佳桨距与最佳转速；将所述最佳轴向诱导因子转化最佳转速包括：对于每一台风力发电机，根据最佳轴向诱导因子计算出实际功率系数，假定最佳桨距为零，利用桨距与叶尖速比函数求解出叶尖速比后，利用转速求解公式计算出转速，若所述转速高于额定转速，则最佳转速为额定转速；否则最佳转速为计算出的转速；所述转速求解公式的表达式如下：
其中，ω
wt(i)
代表第i台风力发电机的转速，V
wt(i)
代表第i台风力发电机的来流风速，γ
wt(i)
代表第i台风力发电机的偏航角，λ
wt(i)
代表第i台风力发电机的叶尖速比，d0代表风轮直径；所述桨距与叶尖速比函数的表达式如下：其中，C
p
'(β,λ)代表实际功率系数，β代表桨距，λ代表叶尖速比，λ0无实际含义，λ0的表达式为
[0013]在本专利技术的一些实施例中，将所述最佳轴向诱导因子转化为最佳桨距包括：对于每一台风力发电机，根据所述转速通过所述转速求解公式计算出叶尖速比，再结合所述桨距与叶尖速比函数、实际功率系数求解公式计算出所述最佳桨距；所述实际功率系数求解公式的表达式如下：C
p,wt(i)
'＝4ηα
wt(i)
(1
‑
α
wt(i)
)2其中，C
p,wt(i)
'代表第i台风力发电机的实际功率系数，η代表风力发电机的发电效率，α
wt(i)
代表第i台风力发电机的轴向诱导因子。
[0014]在本专利技术的一些实施例中，所述风电场基本数据包括风轮直径、风机轮毂高度、风向与风速、风机额定功率、风机排列位置、来流风湍流强度、切入风速、切出风速、额定风速、额定转速、空气密度、功率系数。
[0015]本专利技术还提出一种风电场内风机的偏航尾流控制设备，包括处理器、存储器以及存储在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风电场内风机的偏航尾流控制方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：输入风电场基本数据；S2：通过所述风电场基本数据，基于轴向诱导因子和约束条件构建风电场出力优化模型；S3：求解所述风电场出力优化模型得到优化结果，所述优化结果包括最佳偏航角、最佳轴向诱导因子；S4：将所述最佳轴向诱导因子转化为最佳调节参数；S5：根据所述最佳偏航角、最佳调节参数设置每台风机的运行，以减小风电场尾流效应，从而使所述风电场出力最大。2.根据权利要求1所述的风电场内风机的偏航尾流控制方法，其特征在于，步骤S2中，构建所述风电场出力优化模型，包括如下步骤：S21：建立单风机高斯尾流模型，并得到尾流风速亏损；S22：根据所述尾流风速亏损建立多风机尾流叠加耦合模型，并求解得到每个风机的来流风速；S23：根据所述轴向诱导因子和所述来流风速建立风电场出力模型的目标函数、所述约束条件；S24：基于所述约束条件求解所述风电场出力模型的目标函数得到所述风电场出力优化模型。3.根据权利要求2所述的风电场内风机的偏航尾流控制方法，其特征在于，在步骤S24中，求解所述风电场出力模型的目标函数，包括如下步骤：S241：在所述风电场出力模型的目标函数的解空间内任意选取初始解作为最新粒子种群；S242：计算所述最新粒子种群中每个粒子的风电场出力；S243：迭代更新每个最新粒子种群的历史最佳风电场出力与历史最佳控制变量；S244：判断迭代次数是否达到设定值，若未达到设定值，则更新粒子种群并执行步骤S242；若达到设定值，则执行步骤S3。4.根据权利要求2所述的风电场内风机的偏航尾流控制方法，其特征在于，所述风电场出力模型的目标函数表达式如下：其中，P
wf
代表整个风电场的总出力，n为风力发电机的总台数，P
wt(i)
代表第i台风力发电机的出力，ρ代表空气密度，d0代表风轮直径，α
wt(i)
代表第i台风力发电机的轴向诱导因子，η代表风力发电机的发电效率，V
wt(i)
代表第i台风力发电机的来流风速，γ
wt(i)
为第i台风力发电机的偏航角；所述单风机高斯尾流模型的表达式如下：
其中，ΔV
wt(k),wt(j)
代表第k台风力发电机在第j台风力发电机处的尾流风速亏损，V
wt(k)
代表第k台风力发电机的来流风速，C
T,wt(k)
代表第k台风力发电机的推力系数，γ
wt(k)
代表第k台风力发电机的偏航角，σ
y,wt(k),wt(j)
代表第k台风力发电机的尾流风速在第j台风力发电机处沿y方向的标准差，σ
z,wt(k),wt(j)
代表第k台风力发电机的尾流风速在第j台风力发电机处沿z方向的标准差，y
d,wt(k),wt(j)
代表第k台风力发电机的尾流在第j台风力发电机处的尾流核心偏移量，x
wt(j)
、y
wt(j)
分别代表第j台风力发电机在x轴、y轴上的坐标，x
wt(...

【专利技术属性】
技术研发人员：石立宝，邵智勇，
申请(专利权)人：清华大学深圳国际研究生院，
类型：发明
国别省市：