(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202111403307.2 (22)申请日 2021.11.24 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 114417692 A (43)申请公布日 2022.04.29 (73)专利权人 中国电建集团华 东勘测设计 研究 院有限公司 地址 310014 浙江省杭州市潮王路2 2号 (72)发明人 张磊　姜贞强　汤雨葭　袁建平　 周胡　陆艳艳　周才全　 (74)专利代理 机构 浙江杭州金通专利事务所有 限公司 3 3100 专利代理师 刘晓春 (51)Int.Cl. G06F 30/27(2020.01)G06F 111/06(2020.01) G06F 113/06(2020.01) G06F 119/02(2020.01) (56)对比文件 CN 107035618 A,2017.08.1 1 CN 112883652 A,2021.0 6.01 顾波等.考虑尾流效应的风电场优化控制技 术研究. 《太阳能学报》 .2018,(第02期), 审查员 伯梅 (54)发明名称 带约束的风电场尾流效应粒子 群优化方法 (57)摘要 本发明提供了带约束的尾流优化粒子群方 法， 包括步骤(1)： 建立Jensen尾流模型、 步骤 (2)： 确定风电机输 出功率与尾流风速的关系、 步 骤(3)： 确定推力系数的范围、 步骤(4)： 利用粒子 群算法优化风电场输出功率和步骤(5)： 将不可 控的优化后的推力系数值转换为可控的风机参 数。 本发明可以使已建成且受尾流影 响大的风电 场的输出功率得到较大的提升， 从而提高风电场 的经济效益。 权利要求书1页 说明书5页 附图3页 CN 114417692 B 2022.12.13 CN 114417692 B 1.一种带约束的风电场尾流效应粒子群优化方法， 其特 征在于包括以下步骤； 步骤(1)： 建立Jensen尾流模型 根据Jensen尾流模型 可得 其中R是风轮半径； Uj是上游风电机组的来流风速； Ui为下游尾流区域的风速； Rw是尾流 半径， 其中R+ks＝Rw， s为下游距离与风轮直径的比值； CT为风机的推力系数值； k为衰减系 数； 步骤(2)： 确定风电机 输出功率与尾流 风速的关系； 风电机组的功率表达式为： 式中ρ‑空气密度； R ‑风轮半径； v ‑风速； Cp‑功率系数， 是叶尖速比λ和桨距角 β 的函数； 步骤(3)： 确定推力系数的范围； 首先找出风机机组最大功率系数下对应的推力系数值， 该值即为推力系数值的上限 值， 表示在该值下风机将风能转化为电能的效率是最高的， 设置最后一台风机的推力系 数 值始终为最大功 率系数下对应的推力系数值； 设定叶尖速比最大值对应的推力系数为最小 值， 从而， 确定 了推力系数的寻优范围； 步骤(4)： 利用粒子群算法优化 风电场输出功率； 在风电场布局确定的情况下， 以风电场整体输出功率最大为优化目标， 利用粒子群算 法优化每台机组的推力系数值； 步骤(5)： 将不可控的优化后的推力系数值 转换为可控的风机参数。 2.如权利要求1所述的一种带约束的风电场尾流效应粒子群优化方法， 其特征在于陆 上风电场的衰减系数k取值 为0.075， 海上风电场衰减系数k取值 为0.04～0.0 5。 3.如权利要求1所述的一种带约束的风电场尾流效应粒子群优化方法， 其特征在于风 机机组的功率系数表达式为： 其中， 是叶尖速比值表示表示风轮叶片尖端线速度与风速的比值， 式中， ωr为 风力机旋转角速度， rad/s； v为 风速大小， m/s； R为 风力机风轮半径， m； β 是桨距角。 4.如权利要求1所述的一种带约束的风电场尾流效应粒子群优化方法， 其特征在于步 骤(5)中， 采用仅调节风机转速， 保持桨距角为0 °的方案， 最终通过设置优化后的风机转速 值使得风电场功率 最大。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114417692 B 2带约束的风电场尾流效应粒子群优化方 法 技术领域 [0001]本发明属于风电场领域， 为一种考虑尾流效应， 优化一个已建成的风电场， 使得整 体输出功率 提高的优化方法， 尤其 适用于尾流效应 影响比较大的海上风电场。 背景技术 [0002]风能是最具商业潜力、 最具活力的可再生能源之一， 使用清洁， 成本较低， 取用不 尽。 风力发电具有装机容量增长空间大， 成本下降快， 安全、 能源永不耗竭等优势。 尾流效应 是指风力机从风中获取能量的同时在其下游形成风速下降的尾流区。 若 下游有风力机位于 尾流区内， 下游风力机的输入风速就低于上游风机的输入风速。 目前大量风电场因为场地、 成本等因素的限制， 致使各个风机之间的距离过近， 尾流效应明显， 下游机组的风速减小， 从而使得整个风电场在原设定的MPPT模式下输出功 率不是最大。 因此减少机组间尾流效应 的影响， 改善风电机组的风速分布， 使风电场输出功率增大具有重要的理论研究价值和实 际应用价 值。 发明内容 [0003]本发明的目的是为了解决上述在尾流效应影响下， 风电场整体有功输出下降严重 的现象， 提出一种基于粒子群算法， 带风电机组的运行特性约束的整体输出功 率优化方法。 为了实现上述发明目的， 本发明采取如下技 术方案： [0004]带约束的尾流优化粒子群方法， 其特征在于包括： 建立尾流模型、 确认粒子群算法 的优化参数及其范围、 设置目标函数、 实现目标的可控性； 其中： [0005]步骤(1)： 建立Jensen尾流模型 [0006]Jensen尾流模型因其模型简单便于计算， 因此被广泛应用于地形平坦 的风电场， 模型如图2所示。 [0007]根据Jensen尾流模型 可得 [0008] [0009]其中R是风轮半径； Uj是上游风电机组的来流风速； Ui为下游尾流区域的风速； Rw是 尾流半径， 其中R+ks＝Rw， s为下游距离与风轮 直径的比值； CT为风机的推力系数值； k为衰减 系数； 陆上风电场的常数k取值为0.075， 海上风电场常数k取值为0.04～0.05， 基于特定风 电场的实际情况， 如风机之间的间隔距离及风轮半径等， 设置Jensen尾流模型参数。 [0010]步骤(2)： 确定风电机 输出功率与尾流 风速的关系； [0011]风电机组的功率表达式为： [0012] [0013]式中ρ‑空气密度； R ‑风轮半径； v ‑风速； Cp‑功率系数， 是叶尖速比λ和桨距角β 的函 数； 由于尾流风速和风机功率可以由CT(推力系数值)单独表示， 因此本发明确定通过优化说　明　书 1/5 页 3 CN 114417692 B 3