本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)葉片選型優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

隨著風(fēng)電技術(shù)的快速發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電已成為繼火電、水電之后的第三大電源。到2020年，我國風(fēng)電預(yù)計(jì)裝機(jī)將達(dá)200GW。風(fēng)電技術(shù)的快速發(fā)展與資源的激烈競爭使得度電成本成為風(fēng)電行業(yè)發(fā)展關(guān)注的重要指標(biāo)之一。

度電成本取決于總成本與發(fā)電量。風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)電量是由風(fēng)電機(jī)組從風(fēng)中吸收能量的大小決定的，其中，風(fēng)機(jī)葉片是風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)化風(fēng)能的關(guān)鍵部件，相同容量條件下，葉片長度是影響風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電量的關(guān)鍵參數(shù)。更長的葉片長度意味著風(fēng)電機(jī)組更強(qiáng)的風(fēng)能吸收效率，但同時(shí)也意味著更高的風(fēng)機(jī)成本與更大的尾流影響。因此，在給定風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量的條件下，如何合理的選擇葉片長度、降低風(fēng)電場(chǎng)的度電成本是風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目在規(guī)劃與設(shè)計(jì)階段需考慮的主要問題之一。

目前已有很多專家與學(xué)者從不同的角度對(duì)降低風(fēng)電場(chǎng)度電成本的方法展開研究。對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，許昌等在中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2013,33(31):58-64發(fā)表的復(fù)雜地形風(fēng)電場(chǎng)微觀選址優(yōu)化采用優(yōu)化風(fēng)機(jī)選址的方法以減少尾流效應(yīng)影響以提高發(fā)電量，降低度電成本。譚倫農(nóng)等在太陽能學(xué)報(bào)，2011,32(7):980-984發(fā)表的風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)力機(jī)選型與經(jīng)濟(jì)可行性研究采用優(yōu)化風(fēng)機(jī)選型方法將反映機(jī)組發(fā)電量與成本兩方面的目標(biāo)參數(shù)相結(jié)合,以減少度電成本。但是，以上研究中都是在風(fēng)電場(chǎng)中的風(fēng)機(jī)都屬于相同型號(hào)、葉片長度相同的基礎(chǔ)上開展的，較少有研究對(duì)風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)葉片長度進(jìn)行選型與優(yōu)化。實(shí)際上，當(dāng)前每個(gè)風(fēng)機(jī)廠家，相同容量的風(fēng)電機(jī)組存在多種不同葉片長度的風(fēng)機(jī)可供選擇，以3WM系列風(fēng)機(jī)產(chǎn)品為例，相同3MW的風(fēng)電機(jī)組有45、50、55、57.5等多種半徑長度的機(jī)型可供選擇。在風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量不變的條件下，如何科學(xué)合理地進(jìn)行風(fēng)機(jī)葉片長度選擇是風(fēng)電場(chǎng)規(guī)劃階段需要解決的主要問題之一，也是影響風(fēng)電場(chǎng)后續(xù)度電成本的關(guān)鍵因素之一。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)葉片選型優(yōu)化方法。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)葉片選型優(yōu)化方法，包括以下步驟：

1)獲取風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組容量，根據(jù)所述容量獲得可選風(fēng)電機(jī)組類型及其對(duì)應(yīng)風(fēng)電機(jī)組葉片長度；

2)以風(fēng)電場(chǎng)全壽命周期度電成本最低為目標(biāo)，以離散的風(fēng)電機(jī)組葉片長度為約束，建立目標(biāo)函數(shù)；

3)通過遺傳算法對(duì)所述目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行求解，獲得最優(yōu)風(fēng)電機(jī)組類型組合。

所述目標(biāo)函數(shù)具體為：

式中：C_cost為風(fēng)電機(jī)組總成本，與機(jī)組葉片半徑相關(guān)；P_total為全壽命周期中整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)電量，與機(jī)組葉片半徑相關(guān)；R為機(jī)組葉片半徑，R_f為所有可供選擇葉片半徑的集合。

所述風(fēng)電機(jī)組總成本C_cost表示為：

式中，C_W為單臺(tái)風(fēng)電機(jī)組造價(jià)，C_f為風(fēng)電場(chǎng)投資成本，C_m為運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，N為風(fēng)電機(jī)組臺(tái)數(shù)。

所述全壽命周期中整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)電量P_total表示為：

式中：k為全壽命周期年限，θ為風(fēng)向與Y軸夾角，v為風(fēng)速，N為風(fēng)電機(jī)組臺(tái)數(shù)，P_w為一臺(tái)機(jī)組在特定風(fēng)速及風(fēng)向下的有功出力，t(v)為一年中風(fēng)速為v的小時(shí)數(shù)，p(θ)為風(fēng)向?yàn)棣鹊母怕省?/p>

計(jì)算所述全壽命周期中整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)電量時(shí)，風(fēng)向與Y軸夾角由風(fēng)向玫瑰圖獲得，風(fēng)速由威布爾分布獲得。

計(jì)算所述全壽命周期中整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)電量時(shí)，風(fēng)速考慮尾流效應(yīng)，經(jīng)尾流效應(yīng)影響后的風(fēng)速的表達(dá)式為：

式中：v_i為初始風(fēng)速，經(jīng)尾流效應(yīng)影響后的下游風(fēng)機(jī)風(fēng)速v_j，h_i、h_j分別為上游風(fēng)機(jī)與下游風(fēng)機(jī)的輪轂高度，r_d為距上游風(fēng)機(jī)d_ij處的尾流半徑，d_ij為機(jī)組沿風(fēng)向方向距離，A_s為遮擋部分面積，A_j為下風(fēng)向風(fēng)輪掃略面積，r_i為上游風(fēng)機(jī)半徑，C_T為風(fēng)機(jī)推力系數(shù)。

通過直角坐標(biāo)與極坐標(biāo)變換求得兩風(fēng)電機(jī)組的相對(duì)位置關(guān)系，簡化所述經(jīng)尾流效應(yīng)影響后的風(fēng)速的計(jì)算過程，具體地，當(dāng)風(fēng)向變化時(shí)，Lissaman模型中參數(shù)v_i、r_i、r_j、h_i、h_j均不變，r_j為下游風(fēng)機(jī)半徑，只有代表風(fēng)機(jī)相對(duì)位置的x_ij、d_ij隨風(fēng)向變化而改變，通過坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)，令坐標(biāo)軸與風(fēng)向變化一致，利用極坐標(biāo)變換表示風(fēng)向變化角與機(jī)組的橫縱向距離x_ij、d_ij的關(guān)系：

式中，(x_i，y_i)、(x_j，y_j)分別為兩風(fēng)電機(jī)組的直角坐標(biāo)，(ρ_i,θ_i)、(ρ_j,θ_j)分別為兩風(fēng)電機(jī)組的極坐標(biāo)，進(jìn)而，簡化后的風(fēng)速的表達(dá)式為：

v_j＝f(v_i,h_i,h_j,r_i,r_j,x_ij,d_ij)。

計(jì)算所述全壽命周期中整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)電量時(shí)，一臺(tái)機(jī)組在特定風(fēng)速及風(fēng)向下的有功出力的獲取方式為：

獲得多臺(tái)相同系列風(fēng)電機(jī)組的功率曲線，將所述功率曲線進(jìn)行擬合，再利用插值法獲得相應(yīng)風(fēng)速及風(fēng)向下的有功出力。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明從全壽命周期度電成本角度對(duì)風(fēng)電場(chǎng)各臺(tái)機(jī)組進(jìn)行葉片選型，具有以下有益效果：

(1)與單一葉片選型相比，混合葉片選型能夠提高風(fēng)電場(chǎng)整體捕獲的風(fēng)能。

(2)無論是在平坦地形還是復(fù)雜地形，本發(fā)明方法都能有效提升風(fēng)電場(chǎng)功率，在不改變風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量的前提下，提高了風(fēng)電場(chǎng)效益，降低了度電成本。

(3)本發(fā)明綜合考慮了風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)速分布、風(fēng)向分布和機(jī)組之間的尾流效應(yīng)以及風(fēng)電場(chǎng)全壽命周期成本，能夠在相同風(fēng)電場(chǎng)容量的條件下降低風(fēng)電場(chǎng)的度電成本，為陸上風(fēng)電場(chǎng)及海上風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)機(jī)葉片選型提供依據(jù)。

(4)本發(fā)明針對(duì)風(fēng)機(jī)廠家給出的相同系列風(fēng)機(jī)的功率曲線，將機(jī)組功率曲線進(jìn)行擬合，再利用插值法得出相應(yīng)風(fēng)速下的有功出力，解決了相同容量風(fēng)電機(jī)組下由于葉片長度的不同引起的風(fēng)力機(jī)有功功率曲線變化不十分明顯的問題。

(5)本發(fā)明通過直角坐標(biāo)與極坐標(biāo)變換求得風(fēng)機(jī)的相對(duì)位置關(guān)系計(jì)算尾流效應(yīng)，達(dá)到了簡化多風(fēng)向尾流計(jì)算的目的。

附圖說明

圖1為部分遮擋尾流效應(yīng)模型示意圖；

圖2為不同風(fēng)向下機(jī)組相對(duì)位置示意圖；

圖3為遺傳算法計(jì)算流程圖；

圖4為風(fēng)機(jī)位置及編號(hào)示意圖；

圖5為風(fēng)速概率密度分布圖；

圖6為風(fēng)向玫瑰圖；

圖7為四種型號(hào)機(jī)組功率曲線；

圖8為平坦地形發(fā)電量進(jìn)化圖；

圖9為不同葉片組合方案下風(fēng)電場(chǎng)度電成本示意圖；

圖10為平坦地形最優(yōu)風(fēng)機(jī)葉片分布圖；

圖11為復(fù)雜地形不同葉片組合方案下風(fēng)電場(chǎng)度電成本示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本實(shí)施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。

本實(shí)施例提供一種風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)葉片選型優(yōu)化方法，包括以下步驟：1)獲取風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組容量，根據(jù)所述容量獲得可選風(fēng)電機(jī)組類型及其對(duì)應(yīng)風(fēng)電機(jī)組葉片長度；2)以風(fēng)電場(chǎng)全壽命周期度電成本最低為目標(biāo)，以離散的風(fēng)電機(jī)組葉片長度為約束，建立目標(biāo)函數(shù)；3)通過遺傳算法對(duì)所述目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行求解，獲得最優(yōu)風(fēng)電機(jī)組類型組合。

該方法建立了風(fēng)電場(chǎng)全壽命周期度電成本計(jì)算模型。其中，總成本計(jì)算主要考慮單臺(tái)風(fēng)電機(jī)組造價(jià)、風(fēng)電場(chǎng)投資成本和與葉片維護(hù)與更換有關(guān)的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電量先根據(jù)尾流效應(yīng)模型計(jì)算風(fēng)機(jī)處風(fēng)速，再根據(jù)風(fēng)機(jī)有功出力模型求得相應(yīng)風(fēng)速下發(fā)電量，發(fā)電量包含風(fēng)電場(chǎng)全壽命周期20-25年的發(fā)電量計(jì)算。該方法以風(fēng)電場(chǎng)全壽命周期度電成本最低為目標(biāo)，在充分考慮風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)速分布、風(fēng)向分布以及機(jī)組之間的尾流效應(yīng)的前提下，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)各臺(tái)風(fēng)機(jī)的葉片長度進(jìn)行優(yōu)化選擇，并采用遺傳算法對(duì)該優(yōu)化問題進(jìn)行求解。

本方法建立的目標(biāo)函數(shù)為：

式中：C_cost為風(fēng)電機(jī)組總成本；P_total為全壽命周期中整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)電量。R為機(jī)組葉片半徑；R_f為所有可供選擇葉片半徑的集合。

(1)成本模型：風(fēng)電機(jī)組總成本由項(xiàng)目初始投資與機(jī)組的年運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用決定。項(xiàng)目初始投資由風(fēng)電機(jī)組造價(jià)與風(fēng)電場(chǎng)投資兩部分組成；年運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用只考慮與葉片維護(hù)與更換有關(guān)的成本。風(fēng)電機(jī)組總成本可表示為：

式中：C_W為單臺(tái)風(fēng)電機(jī)組造價(jià)；C_f為風(fēng)電場(chǎng)投資成本；C_m為運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。

單臺(tái)風(fēng)電機(jī)組成本包括機(jī)組各部件成本，其中葉片、變槳距機(jī)構(gòu)、低速軸、主軸承、偏航機(jī)構(gòu)、機(jī)艙主體、塔架的成本與機(jī)組葉片長度R及輪轂高度H有關(guān)，由C_w1～C_w7分別表示。其余部件成本只與機(jī)組的功率等級(jí)有關(guān)。本發(fā)明在成本計(jì)算中采用了三級(jí)齒輪箱雙饋?zhàn)兯亠L(fēng)力發(fā)電機(jī)組經(jīng)驗(yàn)公式：

C_w2＝a₂(2R)^2.6578 (4)

C_w3＝a₃(2R)^2.887 (5)

C_w4＝a₄((b₄×2R-c₄)×d₄(2R)^2.5) (6)

C_w5＝a₅(2R)^2.964 (7)

C_w6＝a₆(2R)^1.953 (8)

C_w7＝a₇(b₇R²H-c₇) (9)

風(fēng)電場(chǎng)投資成本中，基建工程、安裝費(fèi)用與葉片長度及輪轂高度的關(guān)系為：

C_f1＝e₁(πR²H)^0.4037 (10)

C_f2＝e₂(2RH)^1.1736 (11)

年運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用只考慮與葉片維護(hù)與更換有關(guān)的成本：

C_m＝kpC_w1 (12)

式(12)中k為全壽命周期年限；p為葉片故障率，單位次/年。

(2)風(fēng)機(jī)的出力模型：經(jīng)典的風(fēng)電機(jī)組有功出力模型為分段函數(shù)：

式中：v_in、v_rate、v_out、P_rate分別為機(jī)組切入風(fēng)速、額定風(fēng)速、切出風(fēng)速及額定功率；a、b、c的值取決于v_in、v_rate。

為了解決相同容量風(fēng)電機(jī)組下由于葉片長度的不同引起的風(fēng)力機(jī)有功功率曲線變化不十分明顯的問題，本發(fā)明針對(duì)風(fēng)機(jī)廠家給出的相同系列風(fēng)機(jī)的功率曲線，將機(jī)組功率曲線進(jìn)行擬合，再利用插值法得出相應(yīng)風(fēng)速下的有功出力。

(3)尾流模型：P_total的計(jì)算需考慮尾流效應(yīng)作用。本發(fā)明使用可將全部遮擋與部分遮擋計(jì)算統(tǒng)一的Lissaman模型。

上游機(jī)組對(duì)下游機(jī)組的影響如圖1所示。

設(shè)初始風(fēng)速為v_i，上游風(fēng)機(jī)與下游風(fēng)機(jī)葉片半徑分別為r_i和r_j，輪轂高度分別為和h_i、h_j，則距上游風(fēng)機(jī)d_ij處的尾流半徑為：

r_d＝r_i+k_wd_ij (14)

式中：當(dāng)風(fēng)電機(jī)組接收到的是自然風(fēng)速時(shí)，k_w＝0.04，否則k_w＝0.08。

上游風(fēng)機(jī)尾流效應(yīng)對(duì)下游風(fēng)機(jī)的遮擋面積為：

經(jīng)尾流效應(yīng)影響后，下游風(fēng)機(jī)風(fēng)速v_j計(jì)算公式如下：

式中：A_s為遮擋部分面積；A_j為下風(fēng)向風(fēng)輪掃略面積；C_T為風(fēng)機(jī)推力系數(shù)；d_ij為機(jī)組沿風(fēng)向方向距離；x_ij為機(jī)組沿垂直于風(fēng)向方向的距離；Δh為機(jī)組輪轂高度差。

由于處在下風(fēng)向的機(jī)組可能受到上游多個(gè)機(jī)組的尾流影響，多個(gè)上游機(jī)組對(duì)下游機(jī)組的共同影響等效風(fēng)速為：

式中：v₀為未經(jīng)尾流效應(yīng)影響的風(fēng)速；v_j為單臺(tái)風(fēng)機(jī)影響下處的風(fēng)速；N為上游共同影響機(jī)組總臺(tái)數(shù)。

(4)風(fēng)速、風(fēng)向模型：在實(shí)際風(fēng)電場(chǎng)中,風(fēng)速隨時(shí)間連續(xù)變化,具有隨機(jī)性,難以精確預(yù)測(cè)。大量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，威布爾分布可描述風(fēng)速的全年變化特性,其概率密度函數(shù)為：

式中：f(v)為風(fēng)速v的概率密度；k為性轉(zhuǎn)參數(shù)；c為尺度參數(shù)。

風(fēng)向的變化規(guī)律較風(fēng)速穩(wěn)定?？筛鶕?jù)測(cè)風(fēng)塔的觀測(cè)數(shù)據(jù),統(tǒng)計(jì)出各主要風(fēng)向所占的比例,得到風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)向玫瑰圖。玫瑰圖中每個(gè)輻射線代表一個(gè)風(fēng)向,輻射線的長短代表該風(fēng)向所占的比例大小。風(fēng)向玫瑰圖可很好地描述風(fēng)電場(chǎng)中風(fēng)向的全年變化特征。

(5)風(fēng)電場(chǎng)全壽命周期發(fā)電量計(jì)算模型：由風(fēng)玫瑰圖得到n風(fēng)向，由威布爾分布得到m個(gè)風(fēng)速，則全壽命周期中風(fēng)電場(chǎng)有功出力為：

式中：k為全壽命周期年限；θ為風(fēng)向與Y軸夾角；v為風(fēng)速；N為機(jī)組臺(tái)數(shù)；P_w為一臺(tái)機(jī)組在特定風(fēng)速及風(fēng)向下有功出力；t(v)為一年中風(fēng)速為v的小時(shí)數(shù)；p(θ)為風(fēng)向?yàn)棣鹊母怕省?/p>

在尾流計(jì)算中可以看出，尾流計(jì)算與風(fēng)機(jī)的絕對(duì)位置無關(guān)，只與沿風(fēng)向方向風(fēng)機(jī)相對(duì)位置有關(guān)，即風(fēng)機(jī)間的橫向距離、縱向距離。一旦風(fēng)向改變，在新的風(fēng)向上風(fēng)機(jī)間的橫向、縱向距離將發(fā)生變化。若直接對(duì)風(fēng)向角度與風(fēng)機(jī)相對(duì)位置之間的關(guān)系進(jìn)行推導(dǎo)復(fù)雜而繁瑣。本發(fā)明提出一種多風(fēng)向尾流計(jì)算的簡便方法，可通過直角坐標(biāo)與極坐標(biāo)變換求得風(fēng)機(jī)的相對(duì)位置關(guān)系，從而計(jì)算尾流。

當(dāng)風(fēng)向如圖(2a)所示，初始風(fēng)速為v_i則記及機(jī)組A對(duì)機(jī)組B尾流效應(yīng)影響后，機(jī)組B處風(fēng)速v_j可由式(16)求出。由式(16)可得v_j與其他變量的函數(shù)關(guān)系可表示為：

v_j＝g₁(v_i,h_i,h_j,r_i,r_d,A_s) (20)

其中：

由式(20)、(21)可得：

v_j＝f(v_i,h_i,h_j,r_i,r_j,x_ij,d_ij) (22)

設(shè)機(jī)組A直角坐標(biāo)為(x_i，y_i)，極坐標(biāo)為(ρ_i,θ_i)；機(jī)組B直角坐標(biāo)為(x_j，y_j)，極坐標(biāo)為(ρ_j,θ_j)。則用極坐標(biāo)表示變量x_ij、d_ij為：

當(dāng)風(fēng)向變?yōu)閳D(2b)所示時(shí)，計(jì)算機(jī)組B處風(fēng)速vj時(shí)參數(shù)v_i、r_i、r_j、h_i、h_j均不變，只有x_ij、d_ij發(fā)生變化。令X軸、Y軸旋轉(zhuǎn)至X’、Y’處，則機(jī)組A、B處極坐標(biāo)變?yōu)?ρ_i,θ_i+α)，(ρ_j,θ_j+α)，α為。此時(shí)變量x_ij、d_ij可表示為：

將極坐標(biāo)變?yōu)橹苯亲鴺?biāo)，則x_ij、d_ij表示為：

風(fēng)向變化后，機(jī)組B處風(fēng)速為：

v’_j＝f(v_i,r_i,r_j,h_i,h_j,x′_ij,d′_ij) (26)

通過令坐標(biāo)軸隨著風(fēng)向的改變而變化的方式，機(jī)組的相對(duì)位置可用式(25)固定表示，達(dá)到了簡化多風(fēng)向尾流計(jì)算的目的。

(7)優(yōu)化算法：

風(fēng)機(jī)葉片選型優(yōu)化是多離散變量的非線性優(yōu)化問題。本發(fā)明采用遺傳算法對(duì)該問題進(jìn)行求解，算法流程如圖3所示。

以某風(fēng)電場(chǎng)含有57臺(tái)額定功率為3MW的風(fēng)電機(jī)組為例實(shí)施上述方法，該風(fēng)電場(chǎng)總裝機(jī)容量為171MW，機(jī)組行間距、列間距風(fēng)別為500m和400m，機(jī)組位置及編號(hào)示意圖如圖4所示。

風(fēng)速分布的概率密度函數(shù)可用威布爾分布函數(shù)來近似，由風(fēng)電場(chǎng)的威布爾分布參數(shù)得到一年風(fēng)速概率密度如圖5所示。本發(fā)明根據(jù)某風(fēng)電場(chǎng)的長期測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)得到該風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)向玫瑰圖如圖6所示。

根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組容量要求，3MW機(jī)組中可供選擇的風(fēng)機(jī)類型及其相關(guān)參數(shù)如表1所示。本發(fā)明對(duì)表1中給出的4種風(fēng)力進(jìn)行優(yōu)化選擇。

表1風(fēng)機(jī)參數(shù)

根據(jù)本發(fā)明提出的計(jì)算方法，計(jì)算結(jié)果如圖8-11所示。其中，圖8為57臺(tái)機(jī)組單位小時(shí)發(fā)電量。可以看出，目標(biāo)函數(shù)最終趨于收斂，本發(fā)明提出的方法能夠有效改善風(fēng)電場(chǎng)的度電成本。圖9為本發(fā)明方法所優(yōu)化的方案與單一葉片長度方案下風(fēng)電場(chǎng)度電成本的對(duì)比數(shù)據(jù)。

從圖9的數(shù)據(jù)可以看出，采用4種單一葉片的度電成本分別為0.4627、0.4274、0.4694和0.4753(元/kW·h)，葉片長度與度電成本無線性關(guān)系，且本發(fā)明所優(yōu)化的方法實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)度電成本降低至0.3868(元/kW·h)，與最優(yōu)單一葉片方案相比可降低9.4％。圖10為最優(yōu)的風(fēng)機(jī)葉片分布圖。優(yōu)化結(jié)果說明，葉片的選擇與風(fēng)向有關(guān)。在多個(gè)主導(dǎo)風(fēng)向的情況下，風(fēng)電機(jī)組葉片長度的總體規(guī)律為主導(dǎo)風(fēng)向前排機(jī)組葉片短，后排機(jī)組葉片長。由于多個(gè)主導(dǎo)風(fēng)向及尾流的相互影響，總體規(guī)律下機(jī)組呈現(xiàn)較復(fù)雜的組合。復(fù)雜地形條件下的風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組葉片計(jì)算結(jié)果如圖11所示。

綜上，本發(fā)明在綜合考慮風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)速分布、風(fēng)向分布和機(jī)組之間的尾流效應(yīng)以及風(fēng)電場(chǎng)全壽命周期成本的基礎(chǔ)上，提出了一種風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)葉片優(yōu)化選型的方法。該方法能夠在相同風(fēng)電場(chǎng)容量的條件下降低風(fēng)電場(chǎng)的度電成本，為陸上風(fēng)電場(chǎng)及海上風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)機(jī)葉片選型提供依據(jù)。