[发明专利]基于CFD和改进PSO的复杂地形风电场微观选址方法

说明书

技术领域

本发明公开了基于CFD和改进PSO的复杂地形风电场微观选址方法，属于风电场微观选址的技术领域。

背景技术

对复杂地形的微观选址常采用基于高度变化的Lissaman线性模型，风速的大小由所在位置的高程决定，并且呈一个指数的变化。WAsP软件就是基于这样的模型，在平坦地形条件下，WAsP软件能够准确预测风能的分布情况，但是在复杂地形条件下，利用WAsP软件计算出来的风能分布与实际相比存在较大的误差,这是由于在复杂地形条件下,向风坡的气流产生抬升，压力增高并可能产生回流；在背风坡,由于负压的影响会发生气流的分离，风速的大小和方向也会发生改变,这些都难以采用常规的线性模型描述。国内外已有一些关于风电场微观选址及其优化的文献,这些研究内容大多数都是在Lissaman线性模型的基础上建立的，所建立的风电场布置方案和风能计算结果对复杂地形都有待于进一步提高。

计算流体力学(CFD，Computational Fluid Dynamics)方法能够模拟大气边界层中的湍流以及在复杂地形条件下的流体分离、环绕等现象，进而准确得到复杂地形条件下的风资源分布。文献(Zhang Xiaodong.CFD simulation of neutral ABL flows[D].Technical University of Denmark,2009.)通过实例证实计算流体力学(CFD)方法在复杂地形条件下可以得到准确的风资源分布；文献(Christos Chourpouliadis,Eleni Ioannou,Andreas Koras,et al.Comparative study of the power production and noise emission from two wind farms[J].Energy conversion and management,2012,1(60):233-242.)分别用Lissaman线性模型和CFD方法计算复杂风电场的风能分布，通过与风电场的实际运行数据相比较，验证CFD方法的准确性；文献(赵永锋.复杂地形风场CFD模拟方法研究[D].北京，华北电力大学，2011)详细分析了复杂地形的流场，并给出不同复杂地形条件下不同的湍流模型及尺度对数值计算精度的影响，完善了复杂地形流场数值模拟的方法。通过CFD对风电场进行数值计算得到风电场风能分布,进而对风电场微观选址进行优化可以提高风电场风能利用效率，但这方面的研究还比较少。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述背景技术的不足，提供了基于CFD和改进PSO的复杂地形风电场微观选址方法。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

基于CFD和改进PSO的复杂地形风电场微观选址方法，包括如下步骤：

步骤1，利用CFD对复杂地形风电场进行数值模拟得到风资源分布；

步骤2，提取风力发电机组轮毂高度处对应的CFD数值模拟结果；

步骤3，建立尾流模型以修正CFD数值模拟结果；

步骤4，建立功率风电场模型，依据修正后的CFD数值模拟结果以及风电场平均输出功率最大原则构建目标函数；

步骤5，以风资源分布为粒子群速度与位置初始量，利用结合了小生境技术、混沌变异、惩罚操作的改进PSO求解粒子群速度与位置更新方程，再结合尾流模型迭代求解目标函数生成最优分布结果。

作为所述复杂地形风电场微观选址方法的进一步优化方案，步骤5所述粒子群速度与位置更新方程为：