【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于風力發(fā)電布局技術(shù)，尤其涉及一種基于高斯尾流模型與改進遺傳算法的風電場布局優(yōu)化方法。
技術(shù)介紹
1、風能作為一種可再生清潔能源，其開發(fā)與利用已成為重要的發(fā)展趨勢。在風電場的實際應用中，風速流經(jīng)風電機組時會出現(xiàn)下游風速降低、湍流強度增大等流動特征，這種現(xiàn)象被稱為尾流效應，隨著下游距離的增加，尾流效應的影響會隨之降低。在大型風電場內(nèi)，為提高土地利用率和經(jīng)濟效益，需在有限的空間內(nèi)盡可能多的安裝風力發(fā)電機組，以最大化發(fā)電量，因此風力發(fā)電機組之間的位置排布尤為關(guān)鍵。而尾流效應是決定風機間距及排布的關(guān)鍵因素之一，如何在限制條件下減小尾流效應的影響并盡可能地提高發(fā)電量，成為該領(lǐng)域的研究熱點之一。
2、目前很多對風機排布優(yōu)化方案的研究往往采用jensen類的尾流模型，模型簡單但精度有限。此外，遺傳算法作為風電機組布局優(yōu)化中最常用的算法，在處理邊界條件、機距安全以及不可行空間等多重限制條件時，計算效率較低。在這些限制條件下，將尾流效應影響減至最小是一個多變量非凸的問題，潛在排布方案數(shù)量龐大且存在大量局部最優(yōu)解，難以獲得全局最優(yōu)解。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、有鑒于此，本專利技術(shù)旨在提出一種基于高斯尾流模型與改進遺傳算法的風電場布局優(yōu)化方法，利用改進的三維尾流解析模型和遺傳算法最小化風電場的尾流效應，減少陷入局部最優(yōu)解的可能性。
2、第一方面，本專利技術(shù)提出一種基于高斯尾流模型與改進遺傳算法的風電場布局優(yōu)化方法，包括：
3、獲取目標風電場信息；
4、
5、對目標風電場網(wǎng)格化，以風電場的總發(fā)電量最大為優(yōu)化目標，采用改進遺傳算法對風電場的機組網(wǎng)格位置優(yōu)化，得到風電場布局方案；
6、其中，改進遺傳算法的交叉率和變異率根據(jù)種群適應度計算。
7、進一步地，利用ishihara-qian尾流模型基于目標風電場信息描述風電場的總發(fā)電量包括：
8、根據(jù)給定風向把風電場的初始風機布局轉(zhuǎn)換到主風向；
9、沿風向方向根據(jù)機組規(guī)格參數(shù)計算風電場內(nèi)第n臺風機的上游風機在第n臺風機處產(chǎn)生的風速虧損及附加湍流度；
10、根據(jù)風速虧損計算第n臺風機處的風輪平面平均風速，根據(jù)附加湍流度計算第n臺風機處的平均湍流度；
11、基于風輪平面平均風速和平均湍流度計算第n臺風機的發(fā)電量，并根據(jù)各風機的發(fā)電量計算風電場的總發(fā)電量。
12、進一步地，根據(jù)風速虧損計算第n臺風機處的風輪平面平均風速包括：
13、考慮第n臺風機的上游風機在第n臺風機處產(chǎn)生的風速虧損，如下計算第n臺風機處的總風速虧損：
14、，
15、其中，表示第n臺風機的第m臺上游風機在第n臺風機處引起的風速虧損，表示背景來流風速虧損，為風機輪轂中心在該坐標系中順風向的位置，和分別為坐標系中的橫風向與豎直方向的坐標；
16、根據(jù)第n臺風機處的總風速虧損計算風輪平面平均風速如下：
17、，
18、其中，為第n臺風機的風輪面有效風速，為第n臺風機的葉片掃掠面積，表示對風輪平面積分。
19、進一步地，根據(jù)附加湍流度計算第n臺風機處的平均湍流度包括：
20、在附加湍流度中引入湍流疊加修正項如下：
21、
22、
23、
24、其中，表示y-z平面內(nèi)任意一點到第n臺風機的第m臺上游風機的輪轂中心的距離，有，h為風機輪轂中心的高度，表示第m個上游風機的y軸坐標；為第m臺上游風機與風機l的尾流相交區(qū)域的割線長度，有，風機l是風電場內(nèi)與第m臺上游風機最接近的風機，表示風機尾流寬度，。
25、進一步地，基于風輪平面平均風速和平均湍流度計算第n臺風機的發(fā)電量有如下表達式：
26、，
27、其中，為空氣密度，為第n臺風機的葉片掃掠面積，為第n臺風機的風輪面有效風速，為第n臺風機的發(fā)電效率，為風機功率系數(shù)。
28、進一步地，根據(jù)各風機的發(fā)電量計算風電場的總發(fā)電量包括：
29、根據(jù)各風機的發(fā)電量如下計算給定風電場布局在環(huán)境風速、風向以及湍流度下的整體發(fā)電量：
30、
31、其中，表示第n臺風機的發(fā)電量，i和j分別表示風速工況和風向工況，n表示風機數(shù)量；
32、考慮不同的風向風速分布頻率計算風電場的總發(fā)電量如下：
33、
34、其中，i和j分別表示風速工況總數(shù)和風向工況總數(shù)，表示風向風速分布頻率。
35、進一步地，改進遺傳算法的交叉率和變異率根據(jù)種群適應度計算包括：
36、采用改進遺傳算法對風電場的機組網(wǎng)格位置優(yōu)化計算時，計算第t次迭代時種群的最大適應度和平均適應度，根據(jù)種群的最大適應度和平均適應度如下計算第t次迭代的交叉率和變異率：
37、
38、
39、其中，表示第t次迭代時種群最大適應度與平均適應度之差，表示t次迭代過程中所記錄的最大，
40、即，和為表征概率變化快慢的敏感度因子，為常數(shù)。
41、第二方面，本專利技術(shù)提出一種風電場布局優(yōu)化裝置，包括：
42、風電場信息獲取模塊，用于獲取目標風電場信息；
43、發(fā)電量計算模塊，用于利用ishihara-qian尾流模型基于目標風電場信息描述風電場的總發(fā)電量；
44、布局優(yōu)化模塊，用于對目標風電場網(wǎng)格化，以風電場的總發(fā)電量最大為優(yōu)化目標，采用改進遺傳算法對風電場的機組網(wǎng)格位置優(yōu)化，得到風電場布局方案；其中，改進遺傳算法的交叉率和變異率根據(jù)種群適應度計算。
45、第三方面，本專利技術(shù)提供一種電子設備，包括存儲有計算機可執(zhí)行指令的存儲器和處理器，當計算機可執(zhí)行指令被所述處理器執(zhí)行時使得該設備執(zhí)行第一方面提供的基于高斯尾流模型與改進遺傳算法的風電場布局優(yōu)化方法的各個步驟。
46、第四方面，本專利技術(shù)提供一種可讀存儲介質(zhì)，存儲有計算機可執(zhí)行程序，當該程序被執(zhí)行時可實現(xiàn)第一方面提供的基于高斯尾流模型與改進遺傳算法的風電場布局優(yōu)化方法的各個步驟。
47、從以上技術(shù)方案可以看出，本專利技術(shù)具有如下有益效果：
48、本專利技術(shù)提供一種基于高斯尾流模型與改進遺傳算法的風電場布局優(yōu)化方法，使用更高精度的尾流解析模型——ishihara-qian尾流模型來評估風電場的發(fā)電量，該模型可高效且準確地預測風機尾流區(qū)的風速虧損和附加湍流強度，本專利技術(shù)還根據(jù)種群適應度對遺傳算法的變異率和交叉率進行改進，使得每次迭代的這兩個參數(shù)能根據(jù)種群的適應度動態(tài)調(diào)整，當一個種群中的適應度差異較小時（種群較為均勻），相應的交叉率或變異率增加，從而增加種群的多樣性，避免陷入局部最優(yōu)解。
本文檔來自技高網(wǎng)...【技術(shù)保護點】
1.一種基于高斯尾流模型與改進遺傳算法的風電場布局優(yōu)化方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用Ishihara-Qian尾流模型基于目標風電場信息描述風電場的總發(fā)電量包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)風速虧損計算第n臺風機處的風輪平面平均風速包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)附加湍流度計算第n臺風機處的平均湍流度包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于風輪平面平均風速和平均湍流度計算第n臺風機的發(fā)電量包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)各風機的發(fā)電量計算風電場的總發(fā)電量包括：
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述改進遺傳算法的交叉率和變異率根據(jù)種群適應度計算包括：
8.一種風電場布局優(yōu)化裝置，其特征在于，包括：
9.一種電子設備，其特征在于，包括存儲有計算機可執(zhí)行指令的存儲器和處理器，當計算機可執(zhí)行指令被所述處理器執(zhí)行時使得該設備執(zhí)行如權(quán)利要求1~7任一
10.一種可讀存儲介質(zhì)，其特征在于，存儲有計算機可執(zhí)行程序，當該程序被執(zhí)行時可實現(xiàn)如權(quán)利要求1~7任一項所述的基于高斯尾流模型與改進遺傳算法的風電場布局優(yōu)化方法。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于高斯尾流模型與改進遺傳算法的風電場布局優(yōu)化方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用ishihara-qian尾流模型基于目標風電場信息描述風電場的總發(fā)電量包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)風速虧損計算第n臺風機處的風輪平面平均風速包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)附加湍流度計算第n臺風機處的平均湍流度包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于風輪平面平均風速和平均湍流度計算第n臺風機的發(fā)電量包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：錢國偉，陳浩東，余國生，杜現(xiàn)平，陳順華，謝鵬，
申請(專利權(quán))人：中山大學，
類型：發(fā)明
國別省市：
還沒有人留言評論。發(fā)表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。