基于尾流效应的风电场风电机组排布优化研究

摘要

目前普遍使用的清洁能源中，风能是可再生能源中开发速度最快的能源。然而我国风能资源分布广且巨大，随着世界风电的发展我国的风力发电产业也逐渐趋于成熟。若我国能够充分开发利用，这将是利国利民的好事并给社会进步和环境保护带来巨大利好。随着风电技术的迅速发展，降低风电场发电过程中各项发电损失变的尤为重要；尾流效应则是风电场中一个相当重要的因素，占据着很大的比重。降低尾流效应在风力发电场中的发电损失，一直是备受人们关注和研究的课题。在风力发电场的微观选址过程当中，风电机组的排布方式将直接影响到每台风力机的来流风特性。自然来流风流经上游风力机风轮做功时，到达下游风力机轮毂处的风速和风力机风轮做功将会有所下降，产生尾流效应。因此，研究和选择合理的风力机排布方式对于提高风电场风电机组的发电效率具有显著作用。目前在风工程领域，国内外用于风力发电场风电机组优化排布的尾流模型主要是一维线性的。
　　本研究采用动能定理、动量定理和质量守恒推导出三维非线性高斯尾流模型。使用MATLAB软件进行仿真和风洞实验数据做比较发现具有较高的准确度，并且该模型计算简单对计算机的性能要求不高，此种方法在工程应用上有很大的意义。之后在MATLAB软件中使用粒子群优化算法开展风电场风电机组的位置优化研究。根据提出的高斯尾流模型模拟尾流效应，选取和实际风电场中更为贴近的成本模型，以风机台数和位置作为控制变量，并以发电项目单位上网电量所产生的成本为目标函数，通过粒子群优化算法自动寻优的过程开展风电场风电机组优化排布的研究。在计算结束后给出优化的风电场机组间距排布图和对应的风电场特别参量，如风电场内的总发电量、度电成本、风电场有效功率等。

目录

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究现状

1.3 目前研究存在的问题

1.4 本文研究主要内容

2 风资源及尾流模型

2.1 引言

2.2 风资源理论

2.3 动量理论

2.4 尾流模型的分类

2.5 本章小结

3 高斯分布的尾流模型

3.1 引言

3.2 高斯分布

3.3 Jensen尾流模型高斯化

3.4 高斯尾流模型的验证

3.4 高斯尾流叠加模型

3.5 本章小节

4 高斯尾流模型的风电场风机布置及优化

4.1 引言

4.2 风机布置的原则

4.3 粒子群优化算法

4.4 风电场风机优化布置

4.4 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献

本人硕士期间发表的论文

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