本發(fā)明涉及風力發(fā)電設備建造，特別涉及考慮多機型混排的風電場機位排布尋優(yōu)方法。

背景技術：

1、風力發(fā)電機組(簡稱風機)是一種將空氣中的風能轉換為電能的發(fā)電裝置，風電場一般由2臺及以上的風機構成，每臺風機安裝的地理位置稱為該風機的機位點。

2、風電場的機位排布是提高風電場發(fā)電量的關鍵因素之一，通過進行合理的機位點排列布置，可以在安全風機間距條件下最大限度的捕捉風能，提高風電場的整體發(fā)電效率。

3、為了最大化的利用場地面積及風資源特性，一個風電場中可能需要混合排列多種不同風機機型，例如風機容量不同、葉輪直徑不同、葉輪中心高度不同等，這種情況為風電場機位點布置帶來了更大難度。

4、傳統機位點布置方法通常采用手動經驗布置、或基于層流模型簡化布置后再配合人工調整，這些方法在涉及到復雜地形(例如山地)、用地屬性限制、多機型混排的情況下適用性較差。

5、因此，如何實現在風電場場區(qū)內進行單/混排機型的機位排布尋優(yōu)，并能夠靈活考慮風機安全間距和用地限制因素成為本領域技術人員亟需解決的技術問題。

技術實現思路

1、有鑒于現有技術的上述缺陷，本發(fā)明提供考慮多機型混排的風電場機位排布尋優(yōu)方法，實現的目的是實現在風電場場區(qū)內進行單/混排機型的機位排布尋優(yōu)，并能夠靈活考慮風機安全間距和用地限制因素。

2、為實現上述目的，本發(fā)明公開了考慮多機型混排的風電場機位排布尋優(yōu)方法，包括如下步驟：

3、步驟1、建立風電場區(qū)每一目標高層的三維網格化微觀風能圖譜；

4、步驟2、根據所述三維網格化微觀風能圖譜尋找指定條件下的最優(yōu)機位排布方案；所述指定條件包括主風向、風機間距限制、混排機型及個數。

5、優(yōu)選的，步驟1具體如下：

6、步驟1.1、基于微觀地圖對風能圖譜進行坐標網格化處理，得到風電場區(qū)在每一個所述目標高層的二維微觀風能圖譜；

7、步驟1.2、對多個所述目標高層的所述二維微觀風能圖譜進行合并處理，得到三維網格化微觀風能圖譜。

8、優(yōu)選的，步驟1.1具體為：

9、步驟1.1.1、在每個所述目標高層所在的平面上，對應原始風能圖譜均設置一個與所述原始風能圖譜的水平坐標相關的風能分布；

10、步驟1.1.2、匹配所述原始風能圖譜和風電場區(qū)微觀坐標地圖的水平坐標網格；

11、步驟1.1.3、對缺失風能數據的微觀坐標格點進行數據插值填充，得到風電場區(qū)在目標高層上的與所述風電場區(qū)微觀坐標地圖的水面坐標網格相關的所述二維微觀風能圖譜。

12、更優(yōu)選的，步驟1.2具體為：

13、在風電場需要進行不同機型混排的情況下，根據所述機型的不同捕風高度相對應的目標高層，將多個所述目標高層的所述二維微觀風能圖譜進行維度合并后得到與水平及高度坐標相關的所述三維網格化微觀風能圖譜。

14、更優(yōu)選的，在執(zhí)行步驟1.2時，還需要設定邊界余量，對所述風電場區(qū)外邊界可用范圍進行縮比處理，得到縮比后的所述三維網格化微觀風能圖譜，具體如下：

15、根據所述風電場區(qū)已有的用地紅線數據，在所述風電場區(qū)以內范圍設定余量距離，并通過代碼在所述三維網格化微觀風能圖譜的外邊界沿水平坐標法向內縮所述余量距離，同時將內縮所述余量距離形成的避讓區(qū)內的坐標格點風能大小置為0，得到縮比后的所述三維網格化微觀風能圖譜。

16、更優(yōu)選的，在執(zhí)行步驟1.2時，還需要設定局部避讓區(qū)，去除所述風電場區(qū)的所述三維網格化微觀風能圖譜在所述局部避讓區(qū)內的坐標格點數據，得到場區(qū)實際可用地的所述三維網格化微觀風能圖譜，具體如下：

17、根據所述風電場區(qū)已有的避讓要求，通過代碼在所述三維網格化微觀風能圖譜的外邊界內形成避讓區(qū)，再通過代碼判斷所述三維網格化微觀風能圖譜的坐標格點是否位于所述避讓區(qū)范圍內；若是，則將位于所述避讓區(qū)的坐標格點的風能大小置為0，即可得到場區(qū)實際可用地的所述三維網格化微觀風能圖譜。

18、優(yōu)選的，步驟2具體如下：

19、步驟2.1、旋轉所述三維網格化微觀風能圖譜的坐標軸系至與主風向平行，具體為：

20、將所述三維網格化微觀風能圖譜中所有數據從原三維坐標系通過坐標轉換計算變更至與主風向平行的新三維坐標系中，得到與所述新三維坐標系主風向三維坐標相關的下與原所述三維網格化微觀風能圖譜中所有數據均對應的新數據所述三維微觀風能圖譜；

21、所述新三維坐標系的坐標軸分別為w軸、v軸和z軸；其中w軸和v軸為與水平面平行的軸；

22、在所述新三維坐標系下設置最小允許風機間距，沿所述w軸和所述v軸的所述最小允許風機間距分別為lw和lv；

23、步驟2.2、將所述新三維坐標系下的所述三維微觀風能圖譜按風能值進行降序排列，得到降序風能圖譜；

24、步驟2.3、根據不同機型所需的機位個數，在所述降序風能圖譜中依次尋找滿足所述機型目標高層和最小允許風機間距的網格點位作為備選機位點，直到所有所述機型的所述備選機位點滿足所需個數。

25、更優(yōu)選的，步驟2.3具體如下：

26、所述機型與所述目標高層及所需機位個數的關系為：有多種機型，每種機型匹配一個目標高層，且在該目標高層需要若干機位個數；所有機型的初始已選機位個數為零；

27、步驟2.3.1、所述降序風能圖譜的風能值由大到小依次排序為p1>p2>p3>…>pn；

28、且每個所述風能值均對應一個三維網格坐標點；

29、每一所述三維網格坐標點均包括水平坐標和高度坐標組成；

30、從p1開始依次對p1、p2、…、pn中每個所述風能值及相應的所述三維網格坐標點均進行如下判斷；

31、步驟2.3.2、判斷每一所述高度坐標對應的目標高層的匹配機型已選機位數量是否已達到所需機位個數上限；

32、并，判斷每一所述水平坐標周圍沿所述w軸在距離lw以內、沿所述v軸在距離lv以內范圍是否存在其他的所述已選機位點；

33、若以上兩個判斷結果均為“否”，則將所述三維網格坐標點所對應的所述原三維坐標系的點位添加為相應機型的備選機位點，并將相應機型的已選機位點個數加1；

34、若兩個判斷結果中有一個為“是”，則忽略相應的所述風能值，繼續(xù)判斷下一個風能值，直到所有高度坐標對應的目標高層的所述機型的已選機位個數均達到上限，形成第一套所述風電場的機位排布方案；

35、所述風電場的機位排布方案中所有所述備選機位點的所述風能值之和為所述風電場的機位排布方案的綜合發(fā)電量；

36、在實際應用中，由于不同目標高層的風能分布及所需機位個數不同的影響，上一次迭代結果不一定為最優(yōu)方案，需要多次迭代以尋到最優(yōu)。

37、步驟2.3.3、從p1開始逐一去除所有所述風能值，并在每一次去除所述風能值后對剩余的所有所述風能值及相應的所述三維網格坐標點均執(zhí)行步驟2.3.2，形成多套所述風電場的機位排布方案；

38、步驟2.3.4、對比所有所述風電場的機位排布方案的所述綜合發(fā)電量的大小，將所述綜合發(fā)電量最大的所述風電場的機位排布方案作為所述最優(yōu)機位排布方案。

39、更優(yōu)選的，所述風電場的機位排布方案中每個所述備選機位點的風能值分布為pa，所述備選機位點在其他未涉及的更高高層風能圖譜上的風能值分布為pb；根據pb與pa數值之差進行降序排列得到可抬升發(fā)電量序列；再根據機型混排需求選擇所述可抬升發(fā)電量序列中排序靠前的機位點進行高層抬升和機型升容。

40、本發(fā)明的有益效果：

41、本發(fā)明通過對風電場風功率密度分布圖譜，簡稱風能圖譜的三維網格化重構及精細化處理，實現了在風電場場區(qū)內進行單/混排機型的機位排布尋優(yōu)，并可靈活考慮風機安全間距和用地限制因素；同時該發(fā)明還能對比并優(yōu)化已有排布方案，實現風電場整體發(fā)電量提升。

42、以下將結合附圖對本發(fā)明的構思、具體結構及產生的技術效果作進一步說明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。