(19)中华 人民共和国 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 202111576548.7 (22)申请日 2021.12.2 2 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 113962114 A (43)申请公布日 2022.01.21 (73)专利权人 华中科技大 学 地址 430074 湖北省武汉市洪山区珞喻路 1037号 (72)发明人 陈新宇　韩京佐　郭昕扬　文劲宇　 (74)专利代理 机构 华中科技大 学专利中心 42201 代理人 汪洁丽 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 113/06(2020.01)审查员 吴雪薇 (54)发明名称 一种大型海上风电集群风机排布优化方法 及系统 (57)摘要 本发明公开了一种大型海上风电集群风机 排布优化方法及系统， 方法包 括： S1： 将大型风电 集群区域划分为多个相同的小型风电场区域； S2： 从大型风电集群中确定规模小于大型风电集 群的中型风电场作为优化对象， 优化对象的形貌 与大型风电集群的形貌相同； S3： 利用随机搜索 算法从风机排布候选点中确定尾流损失最小的 小型风电场区域的风机排布； S4： 计算大型风电 集群区域的尾流损失， 当大型风电集群区域的尾 流损失不符合预期时， 扩大优化对象的规模， 跳 转至步骤S3， 直至大型风电集群区域的尾流损失 符合预期。 本发 明通过利用规模较小的风电场替 换整个风电集群作为优化对象， 可以大大缩短优 化时间和成本， 较好地平衡了计算速度和尾流损 失。 权利要求书2页 说明书9页 附图6页 CN 113962114 B 2022.03.08 CN 113962114 B 1.一种大 型海上风电集群风机排布优化方法， 其特 征在于， 包括： S1： 将大型风电集群区域以平移拼接的方式划分为多个小型风电场区域， 每个小型风 电场的形状和内部风机排布方式相同； S2： 从所述大型风电集群 中确定规模小于所述大型风电集群的中型风电场作为优化对 象， 所述优化对 象的形貌与所述大型风电集群的形貌相同， 且包含至少一个所述小型风电 场； S3： 以使所述优化对象的尾流损失小于第一预设损 失值为目标， 利用随机搜索算法从 风机排布候选点中确定所述小型风电场区域的风机排布； S4： 复制小型风电场的风机排布作为大型风电集群风机排布， 计算大型风电集群区域 的尾流损失， 当大型风电集群区域的尾流损失大于第二预设损失值时， 扩大所述优化对 象 的规模， 跳转至步骤S 3； 当大型风电集群区域的尾流损失小于或等于第二预设损失值时， 以 当前风机排布作为 最优排布。 2.如权利要求1所述的大型海上风电集群风机排布优化方法， 其特征在于， 所述小型风 电场区域呈 六边形。 3.如权利要求1所述的大型海上风电集群风机排布优化方法， 其特征在于， 步骤S3之 前， 还包括在所述小型风电场区域内筛 选所述风机排布候选点， 包括： 在所述小型风电场区域横纵方向划分若干个等距网格； 从所述等距网格的交叉点中筛选出若干个候选点， 相邻候选点之间的最远距离不超过 风机直径。 4.如权利要求3所述的大型海上风电集群风机排布优化方法， 其特征在于， 候选点的分 布倾向均匀分布于对应的小型风电场区域内。 5.如权利要求3所述的大型海上风电集群风机排布优化方法， 其特征在于， 所述等距网 格的交叉点的数量超过一 万个。 6.如权利要求1所述的大型海上风电集群风机排布优化方法， 其特征在于， 所述随机搜 索算法为遗传算法， 所述 风机排布候选点的数量 为2的幂次个。 7.如权利要求1所述的大型海上风电集群风机排布优化方法， 其特征在于， 通过计算尾 流效率反应 尾流损失， 其中， 在步骤S3中， 以使所述优化对象的尾流效率大于第一预设效率 值为目标； 在步骤S4中， 当大型风电集群区域的尾流效率小于第二预设效率值时， 扩大所述优化 对象的规模， 跳转至步骤S3； 当大型风电集群区域的尾流效率大于或等于第二预设效率值 时， 以当前风机排布作为 最优排布。 8.如权利要求7所述的大型海上风电集群风机排布优化方法， 其特征在于， 在计算考虑 尾流效应的发电量时， 先建立二维尾流效应模型， 计算每个风机考虑尾流效应的风速， 根据 风机风速计算 考虑尾流效应的发电量； 其中， 第 个风机的风速 为：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 113962114 B 2其中， 和 分别为第 个风机的径向和轴向坐标， 和 分别第 个风机的径向和 轴向坐标， 为风机叶片半径， 为风电场的入射风速， 是由当地风力 条件决定的常数， 是与当地风速和第 个风机型号相关的推力系数， 是尾流效应最大径向影响范围随 轴向距离变化的扩张系数， 为第 个风机与第 个风机的距离， k 为海水表面摩擦系数。 9.如权利要求8所述的大型海上风电集群风机排布优化方法， 其特征在于， 在计算发电 量时， 还建立风机发电模型， 设定启动风速、 额定风速和切除风速， 当风速在启动风速与额 定风速之间时， 随着风速增大， 风机出力指数增大， 当风速在额定风速与切除风速之间时， 风机满发， 当风速超出切除风速或小于启动风速时， 风机不发电。 10.一种大 型海上风电集群风机排布优化系统， 其特 征在于， 包括： 分割单元： 用于将大型风电集群区域以平移拼接的方式划分为多个小型风电场 区域， 每个小型风电场的形状和内部风机排布方式相同； 优化对象初始化单元： 用于从所述大型风电集群中确定规模小于所述大型风电集群的 中型风电场作为优化对 象， 所述优化对 象的形貌与所述大型风电集群的形貌相同， 且包含 至少一个所述小型风电场； 风机排布确定单元， 用于以使所述优化对象的尾流损 失小于第一预设损 失值为目标， 利用随机 搜索算法从风机排布候选点中确定所述小型风电场区域的风机排布； 调整单元， 用于复制小型风电场的风机排布作为大型风电集群风机排布， 计算大型风 电集群区域的尾流损失， 当大型风电集群区域的尾流损失大于第二预设损失值时， 扩大所 述优化对象的规模并触发所述风机排布确定单元重新确定所述小型风电场区域的风机排 布； 输出单元， 用于当大型风电集群区域的尾流损 失小于或等于第二预设损 失值时， 输出 当前风机排布作为 最优排布。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 113962114 B 3