大型陆上风电场风机布局与集电系统综合优化研究

Wind power technology has attracted attentions all over the world, because of its green, security and many other advantages. However, the wind turbine layout and collection system design of the current large-scale onshore wind farms are mainly manual design and lack of necessary theoretical basis. Compared with the offshore wind farm, the optimization of large-scale onshore wind farms is more complicated, due to the impact of the landscape. Targeting the above problems, this project will solve some of the bottlenecks in the wind turbine layout and collection system optimization of large-scale onshore wind farms and establish the corresponding models, methods and software platforms. The project will first reveals the main factors influencing the cost and energy production of large-scale onshore wind farms through the established physical model and cost model. Then this project will establish the optimization method of wind turbine layout and collection system for large-scale onshore wind farm. The heuristic optimization algorithms and classical optimization techniques will be compared in order to solve the optimization problems accurately and quickly. Finally, the comprehensive optimization method for large-scale onshore wind farms will be established. A hybrid optimization algorithm based on heuristic optimization algorithms and classical optimization techniques will be adopted and an integrated wind farm optimal design platform will be build. The outcome of this project will provide strong theoretical guidance and technical support for the future design of large-scale onshore wind farms.

风力发电技术由于其绿色、安全等诸多优势，而受到世界各国的关注。但目前大型陆上风电场的风机布局与集电系统设计大都依靠人工的选择，缺乏必要的理论依据。相比海上风电场，大型陆上风电场的优化还要考虑山川地势高低等因素，优化模型的建立也更为复杂。针对上述问题，本项目拟解决目前大型陆上风电场风机布局与集电系统优化中的一些瓶颈，建立相应的模型、方法和软件平台。项目首先通过大型陆上风电场物理模型和成本模型的建立，揭示影响大型陆上风电场成本和产能的主要因素；进而建立陆上风电场风机布局与集电系统结构优化方法，比较研究经典优化算法和启发式优化算法，快速准确的求解风电场优化问题；在此基础上，进一步建立全面立体的陆上风电场综合优化方法，采用经典优化算法和启发式优化算法相结合的混合型优化算法，最终创建快速完备的大型陆上风电场综合优化设计平台。本项目的研究成果将为未来大型陆上风电场的设计提供有力的理论指导和技术支持。

风力发电技术由于其绿色、安全等诸多优势，因而受到世界各国的广泛关注。但目前大型陆上风电场的风机布局与集电系统设计大都依靠人工的选择，缺乏必要的理论依据，尚未有快速精确的优化设计方法来有效的指导工程实践。相比海上风电场，大型陆上风电场的优化工作还要考虑山川地势高低及环境政策如风电场噪音等的影响，尾流效应和其他优化模型的建立也更为复杂，需要考虑的因素更多。在控制方面，传统的大型风电场一般采用最大功率点跟踪控制和单位功率因数控制，为保证电网安全稳定经济运行，大型风电场还需根据电网发出的无功要求指令提供无功功率。如何在考虑不同风机特性下合理分配每个风电机组的有功和无功功率输出，实现机组和整个风电场损耗降低以及整个风电场产能增加是一个亟需研究的问题。鉴于此，本项目研究解决了目前大型陆上风电场风机布局优化、集电系统结构优化以及有功无功调度中的一些瓶颈，建立相应的物理模型和优化方法。通过大型陆上风电场物理模型和成本模型的建立，进而提出了大型陆上风电场风机布局、集电系统结构优化和有功无功调度方法，研究了经典优化算法和启发式优化算法在风电场优化问题的适用性，从而快速准确的求解大型陆上风电场优化问题，进一步建立了全面立体的大型陆上风电场风机综合优化方法。总的来讲，本项目的物理模型和优化方法适用于多种场景下的大型陆上风电场优化问题，能有效提高大型陆上风电场的投资回报率。在分析影响大型陆上风电场成本和产能的主要因素的基础上，建立大型陆上风电场优化问题，研究全面立体的大型陆上风电场风机综合优化方法，最终创建快速完备的大型陆上风电场综合优化设计框架，为未来大型陆上风电场的设计提供有力的理论指导和技术支持，具有重要的学术价值和广阔的应用前景。