基于尾流效应的海上风电场有功出力优化

以海上风电场风速平稳和尾流效应影响距离远为背景,提出基于尾流效应的海上风电场有功出力优化方案,使风电场各机组有功出力之和大于传统单机最大风能捕获方案。挖掘风电机组有功出力和尾流效应的关系,给出基于有功控制的尾流定量调控方法,并建立了风电场有功出力优化模型;重点研究了基于现有计算资源实现控制策略的方法:根据尾流传播路径,对风电场进行分组,有效降低控制对象数;根据风电机组运行与有功控制特性,降低优化方程求解的搜索空间,抑制计算规模;通过数据拟合,降低优化变量数,将离散域优化问题转化为连续域优化问题,便于使用具有广泛公信力的优化算法。仿真结果表明,提出的方案能有效提升风电场功率,在不增加风电硬件设备投资的前提下,提高风电场效益。 ### 基于尾流效应的海上风电场有功出力优化 #### 一、引言 随着全球能源危机及环境污染问题的日益严重，风力发电作为一种清洁且可持续的能源形式，得到了广泛关注和发展。中国的风电发展目标表明，在2020年，风电并网装机容量将达到200GW。然而，随着陆地上风能资源的逐渐减少以及海上风电场的兴起，如何高效利用这些资源成为了一个亟待解决的问题。海上风电场的特点包括更大的风电机组容量、更高的安装和维护成本以及更加恶劣的工作环境。因此，提高风电场的有功出力效率，即增加发电量，成为了降低投资风险的关键途径。 #### 二、尾流效应及其影响 在风电场中，尾流效应是指上游风电机组在捕获风能后产生的气流扰动，这些扰动会降低下游风电机组的风速，进而影响其发电效率。传统上，为了最大化风能捕获，通常采用单机最大风能捕获方案，即调节风电机组的桨距角和转速以达到最佳风能利用系数。但是，这种方案忽略了尾流效应对整个风电场的影响，导致整体发电效率低下。 #### 三、基于尾流效应的有功出力优化方案 为了解决这一问题，研究人员提出了基于尾流效应的海上风电场有功出力优化方案。该方案旨在通过调整各风电机组的有功出力来优化尾流效应，从而提高整个风电场的发电效率。 1. **挖掘风电机组有功出力和尾流效应之间的关系**：通过对风电机组的运行特性和尾流效应的研究，建立两者之间的数学模型，以便更精确地预测和调控尾流效应。 2. **尾流定量调控方法**：基于有功控制，制定一套量化调控尾流效应的方法，确保在不影响单机性能的前提下，实现整个风电场的最大化发电。 3. **风电场有功出力优化模型**：以风电场各机组有功出力之和最大化为目标，同时考虑尾流效应和机组出力能力等因素作为约束条件，建立优化模型。 #### 四、优化计算策略 为了在现有计算资源条件下实现上述优化模型，研究团队还重点探讨了几种计算策略： 1. **风电场分组**：根据尾流传播路径对风电场进行分组，减少控制对象数量，简化计算过程。 2. **缩小优化方程的搜索空间**：通过分析风电机组的运行特性和有功控制特性，减少优化过程中不必要的计算，从而降低计算规模。 3. **数据拟合**：通过对已有数据进行拟合处理，减少优化变量的数量，并将离散域优化问题转换为连续域优化问题，使得可以应用更为成熟的优化算法。 #### 五、仿真验证 通过仿真测试，证明了该优化方案能够有效地提升风电场的整体发电功率。更重要的是，这种方法可以在不增加额外硬件设备投资的情况下实现，为风电场带来了显著的经济效益。 #### 六、结论 基于尾流效应的海上风电场有功出力优化方案不仅考虑了单机的最大风能捕获，还综合考虑了尾流效应对整个风电场的影响，通过合理的调控机制实现了风电场发电效率的最大化。这种方法不仅提高了发电量，还在一定程度上降低了运维成本，为海上风电场的发展提供了一条可行的技术路径。