大型风电场风机最优布置规律研究王丰第38卷第4期2010年7月河海大学学报(自然科学版)JournalofHohaiUniversity(NaturalSciences)Vol.38No.4Jul.2010DOI:10.3876/j.issn.1000-1980.2010.04.023人型风电场风机最优布置规律研宂王丰，刘德有,曾利华篇守伦，陈星莺(1.河海大学水利水电学院，江苏南京210098;2.河海大学水资源高效利用与工程安全国家工程研究屮心，江苏南京210098)11112摘要:采用较完善的风机优化布置计算数学模型，研究了单一风向风况下的风电场风机最优布置的一般性规律，给出了风机布置排数和风机间距的合理取值范围:风电场区域无限制以及风电场沿盛行风向上尺寸较小吋，风机横向间距应为2D0〜3D0(D0为风轮直径)，纵向间距应大于15D0;风电场沿盛行风向上尺寸较大时，可考虑布置3排以上风机，风机纵向间距应为15D0〜20D0,风机横向间距应为3D0〜5D0;风机优化布置一般可不考虑风速大小的影响.在此基础上，研宄了均匀对称风况、1个主导风向风况和多个主导风向风况下的风机最优布置规律,得出了风机最优布置形式与风况特征的规律性基本一致，且风况越复杂，风机最优布置的规律性越弱的结论.关键词:风电场;风机;布置排数;风机间距:TK83文献标志码:A:1000-1980(2010)04-0472-07风电场风机优化布置是风电场规划中的关键环节，其布置方案的优劣直接影响风电场的发电量以及风电场的经济性水平.在风电场区域边界以及该区域风资源确定的情况下，如风机布置数量太少,将会降低该区域风资源的利用率;但如风机布置数量太多、风机间距太小，则会由于风机尾流的影响而降低各单台风机3］的发电效益,从而降低整个风电场开发的经济性［1-.因此，考虑风机布置数量在内的风机最优布置力*案是风电场规划设计和开发过程屮需要深入研究的重耍课题.在最初的研宄中，风甩场风机优化布置理论基本属于经验性结论，布置方式也基木为规则性的行列布置.如Patel提出:风机布置的最优距离为在盛行风向上风机间隔8D0〜12D0(D0为风轮直径在垂直于盛行风向上风机间隔1.5D0〜3D0.而王承煦等［5］指出:在盛行风向上要求风机间隔5D0〜9D0,在垂直于盛行风向上要求风机间隔3D0〜5D0.这些基于经验判断给出的风机布置间隔距离，在一定程度和特定阶段指导丫风电场风机优化布置的探索研宂和工程应用.Ammara等［6］曾据此构建了一个风电场风机布置方案，在保证相同发电量的同时，能够有效地减少风力发电机组的总占用土地面积.实际上不同风电场和风机类型的风机最优间隔距离是不相同的，上述经验成果只能在一定条件范围内作为风机优化布置设计的参考.为此，许多学者针对不同风况、不同区域边界的特定风电场进行了风机最优布置的更精确的计算研究.Mosetti等［7］首先提出了基于遗传算法的风机优化布置计算方法，把风电场总投资成本、发电效益作为优化变量，用两者的比值作为目标参数，评价不同风机布置方案优劣.该计算方法采用穷举法对不同风机布置力*案进行经济比较，最终确定相对优化的风机布置力*案,摆脱了风机经验布置间距的限制，可以获得更科学、合理的结果.Grady等［8］在Mosetti等［7］研究的基础上，利用遗传算法研宄了风机优化布置问题，并结合理论分析,对风机优化布置形式进行了计算分析和校核，得到了更好的结果.Marmidis等［9］釆用Monte-Carlo方法对风电场风机优化布置问题进行了研究,提出了研究该问题的新思路和新方法.9］Mosetti等［7-的研究虽提出了若干创新性的计算方法和模型，研究成果也为风电场风机优化布置的研宄［4］和实际工程设计提供了重要的理论基础,但其中所采用的风机优化布置计算模型还不完善，更未对风电场风机最优布置的一般性规律进行系统的探讨分析和论证研究.收稿日期:2009-11-18基金项目:国家—五”科技支撑计划（2006BAA01A24U,E-mail:第4期王丰，等大型风电场风机最优布置规律研究473本文以风电场效益最大化为B标，在已有研宄成果的基础上，采用一维非线性尾流扩张模型、基于动能衰减原理的尾流叠加模型、协调发电量与成本的风电场效益评价模型、考虑不同风机台数的发电量与成本之比的增量装机评价模型以及遗传算法［10］进行优化计算求解,研宄了单风向风况和各典型风况下的风电场风...