尾流算法与风向变化对海上风机排布影响研究

  [目的]  为了获得海上风场的最优机位排布方案,提升海上项目在全生命周期内的经济收益,必须对影响发电量的关键因素做详细分析。  [方法]  结合海上风场工程项目的实际案例,基于自主开发的海上机位自动优化算法,分别应用Jensen和Larsen两种单机组尾流模型的技术理论,对比了多机组间三种不同的尾流组合叠加方式,并考虑了风向年际变化对现有机组排布的影响,给出了对应的最优机位排布方案。  [结果]  计算结果显示:海上风向的年际变化是影响机位排布的关键因素,使用不同尾流模型对机位排布的影响较小,多机组间尾流叠加方式对机位排布没有影响。  [结论]  研究成果为工程项目中最优机位排布的选择提供了关键依据,避免了风场25年全生命周期内上亿元的经济损失。     

基于分治策略的海上风电场集电系统拓扑优化设计

为了解决海上风电场集电系统拓扑设计中,传统采用聚类算法面临的回路负载差异大、算法不稳定以及各 类改进最小生成树算法面临的搜索效率较低的问题,提出一种基于分治策略的拓扑优化方法.首先,根据风力机位置 分布将整场划分为多个子区域,各子区域的容量满足负载平衡条件;然后,通过最小生成树算法,对子区域进行拓扑 优化;最后,采用遍历手段对上述过程进行搜索,生成拓扑方案库,根据总成本最低获取最佳方案.对某海上风电场 项目进行拓扑优化设计,验证了方法的有效性、普适性和实用性.     

基于VMD-LSTM的超短期风向多步预测

  目的  为准确预测未来4 h风向,提出一种基于VMD-LSTM（Variational Mode Decomposition-Long Short-Term Memory）的超短期风向多步预测方法。  方法  采集明阳智能某风电场3个风电机组的风向序列,对其进行预处理及时序分析;基于自相关函数（Autocorrelation Function, ACF）计算风向不同时期的相关性,以选取风向序列的特征长度;采用变分模态分解（Variational Mode Decomposition, VMD）将风向序列分解为相对稳定的模态信号,通过最小样本熵确定分解的子模态数,并对分解后的模态信号分别建立预测模型,进行超短期风向24步预测;重构风向序列,叠加各分量预测结果。  结果  结果表明,VMD-LSTM在4个季度的24步风向预测的绝对平均误差（Mean Absolute Error, MAE）、均方根误差（Root Mean Square Error, RMSE）、平 均 绝 对 百 分 比 误 差 （Mean Absolute Percentage Error, MAPE）分别为8.430°、16.870°、9.155,且在每个季度不同时间尺度的各个误差评价指标均优于其他常见的数据建模方法。  结论  所提算法可满足风电场的实际生产中优化控制偏航角的要求。     

基于CFD的复杂地形风电机组机位微地形风资源数值模拟研究

  [目的]  在复杂地形进行风电机组建设时,机位点周围易形成高边坡地形,改变了风资源分布特征,影响机组发电量和安全性能,文章旨在研究高边坡地形的影响因素和预防其对机组的危害。  [方法]  基于STAR-CCM+软件平台对实际风电场机组高边坡地形进行了数值模拟,分析了立机位置选择、坡度、开挖深度等因素对机位处风资源参数的影响。  [结果]  结果表明:高边坡改变了原地形风的加速效应,产生大幅度的流体分离。当高边坡位于机组上风向时,机组下叶尖易产生较大的风切变,湍流强度超标,而高边坡在机组下风向时,机位处风资源参数则正常;高边坡的坡度大小对坡前立机风参数无显著影响;当下叶尖高度低于边坡高度时,机组位置下叶尖风速很小,切变值易超标。  [结论]  分析结果可为高边坡地形机组施工平台设计和塔筒高度选择提供参考。     

海上风机单桩基础稳流冲刷数值模拟

  目的  桩基础冲刷是海上风电场建设及维护期间面临的重要技术问题,浪、流等环境载荷作用下形成的冲刷坑会降低桩土结构的稳定性,对风机结构安全造成不可忽视的影响。  方法  采用CFD技术结合泥沙输运模型,针对稳流条件下,砂质海床上圆柱形单桩基础的冲刷问题进行数值模拟研究,通过对流动——冲刷非线性耦合问题的求解,观察了桩基础周围冲刷坑的发展过程,得到了冲刷坑深度的时变曲线。  结果  计算结果表明,冲刷坑深度在冲刷开始阶段迅速增加,随后冲刷速度逐渐变慢;在16 min的计算时间内,冲刷深度达到0.81倍桩径。  结论  根据冲刷深度的变化情况,认为对于处于砂质海床区域内的风电场,应当在基础施工期间考虑冲刷防护,通过增加防护结构等方法避免冲刷坑的出现和扩展。