明阳智慧能源苗得胜：复杂地形风电场的发电量潜力非常巨大

复杂地形风电场的发电量潜力非常巨大。但目前我们的布机方法还存在一定的问题，不能充分挖掘它的潜力，比如说难以兼顾发电量和基础安全等。布机算法首先要满足机组的安全性要求，其次要尽可能地提升发电量，然后同时提高布机效率。10月18日，明阳智慧能源集团股份公司计算流体力学工程师苗得胜出席2018年北京国际风能大会暨展览会，并在“复杂地形下的微观选址技术论坛”中发表主旨演讲。北极星电力网对大会进行全程直播，如需了解更多会议直播，请联系微信号：13693626116。

明阳智慧能源集团股份公司计算流体力学工程师苗得胜

以下为发言实录：

苗得胜：各位专家上午好，我是明阳智慧能源集团的流体力学工程师，今天很高兴跟大家分享一种我们自己做的复杂地形陆上风电场自动布机方法，刚才那位同事讲了很多我们做发电量提升意义相关的事情，下面我们讲一些具体的技术，是如何去提升风电场的发电量，下面我从四个方面对这个方法进行说明，分别是自动布机算法、关键技术解析等等。

一、自动布机算法

首先我们看一下自动布机算法，大家都知道这个参数受地形影响非常明显，对于一些地形非常复杂的风电场经常出现标准或者分布极端不均的情况，我们看一个例子，这是一个75兆瓦的复杂地形的风电场，原始的方案它的方案参数比较深，之前发电小时数是在2115.3左右，如果要解决这个问题的话，我们会更倾向于去尽量的挖掘风场的潜力，所以我们经过四轮的深度优化之后，获得一版新的优化方案，但是它的前提是保证这个因素是一致的，可以看到它的发电小时数达到了2200小时，对比情况达到了97个小时，也就是4.58%，它内部收益率的增加是在1.4个点，对于业主而言这种提升是非常明显的，这个例子是用来说明对于复杂地形，风电场其实它的发电量潜力是非常巨大的。这是目前我们的布机方法，还存在于一定的问题，就是不能充分挖掘它的潜力，所以我们的出发点是解决目前人工布机存在的问题，比如说我们难以兼顾发电量和基础安全，比如说我布机的时候耗时耗力，具体而言就是首先要满足机组的安全性要求，其次我要尽可能的提升发电量，然后同时提高我的布机效率。

基于此我们提出了一种以发电量最优为目标，然后在排布中复杂地形自动布机算法。为了浅显的揭示一下，我画了一幅示意图，假设我们目前绿色的值是一个风电场，那么首先我们把它进行网格化，就是在平面上按照一定的分辨率把它划分成一个离散的矩阵，之后我根据它的风场边界，我会选出允许布机的区域，这是途中的绿色区域所示，之后我根据现场的区域这是布机的，我会把这些区域锁定，再之后介入了我们一些计算结果，比如说我们通过这个计算通过数据校正，我们可以找出场内风资源超标的区域，还有入流角超标，或者风切面超标的一些区域，我们把这些区域找出来并否定，到这一步之后我们就获取了一个风电场内真实有效的区域，就是图中所示的区域，到这一步就可以进行循环，具体来讲的话我会根据场内每一个隔点的AK值去推算出来它的一个风速的分布，然后根据这个分布和我的机型去推算每个隔点理论发电量，这样我找出场内发电量最高的节点，如图中黄色标点所示，我要推算这台风机在当前的风速风向下，各个尾流损失，因为是我们必须要考虑的一个因素，特别是对于紧凑型的复杂地形风电场，然后我把这种尾流损失去推算到我的这个当中去，我要更新我的AK值图谱，还有分布图谱。

这一步结束之后，我根据最小基于会锁定我的风机周围一定的距离，就是这片区域已经锁死，然后我循环这样一个布机的过程，直到我找出所有的机位点，如图中所示，我布了这台风机，大家知道往往在布机过程中发电量可能很好，因为一些地形的因素，或者因为一些平面排布的因素，它是不符合施工条件或者说其他的一些因素是不符合建风塔，建这个机位点，所以我们要把它拿掉，到这一步之后，我会把机位点的结果，就是它的点位发电量，然后它的尾流这些信息输出，满足你输出要求的机位方案，那大体上的话我们的布机逻辑是这样的，然后基于这个逻辑我们把它来实现一下，就是我会得到一个在windows可独立操作的软件，这个软件分三个模块，第一个模块用于导入风电场的信息数据，导入各个图谱，这个图谱或许大家比较关注这个结果从哪儿来的，那么目前我们软件支持自己的平台计算结果直接输出，也支持这个软件直接算出倒出的这个辨识率，后期我们会加入和其他一些软件的数据。

同时我的测控数据和风场边界在这个上面输入，下一个界面我要选定我的机型，就比如说我同样的要做一个方案，或者说我要做五种机型，五种方案，我要在这里选择它的机型，它的台数，包括它的限制，以及对应这个密度下的曲线，这个我们会嵌到我们后台上，包括密度下的和曲线都放进去，直接调用就可以了。同时我们会设计这个台数，方便你后期的调整。

那第三个模块是优化选址模块，在这个模块主要设计一些求解参数，包括我有一些安全性因素的限值，包括我布机的时候，密度大概是什么样的，包括这个模型用什么模型，至少要在这里面选址，我要不要考虑入流角的限制，包括按照什么标准去做，给我一个窗口自己定制化你的需求，把你的选项都做好，这样就是完成全部之后你开始计算，计算完之后输出会输出机位，输出完之后进行可视化或者结果输出，就完成了你整个过程。

二、几个关键技术

下面我们讲一下几个关键技术。大家知道在复杂地形布局的过程中，肯定都出现过我布了一半机位，然后我拿回去算，或者某几个机位点指标超标了，你要重新算，有时候很紧凑的话，不是这个机位，周围的机位也要跟着来做，很多时候需要这个运气来做，其实是一个比较累的工作，因为我们自己之前也有做，因此我们在做算法的时候呢就实时的考虑了这个问题，我们在最初考虑进去。那我具体化到这个标准是五米，五米范围内可以把它放到里面去，通过这个过程我可以在布机过程中保证我布的机位是满足要求的，那你有两个选择，再多机位没有了，你只能选择我调整的机型，包括你这个定制化超标了，我会把这台机位给你，反馈出来，然后通过优化你的策略，我去调整这个机位的运行情况，来降低这样一个途径。

这些软件会告诉你，给你选择，你自己要怎么做，所以第一个基于这个布机，我可以通过一遍计算，就获得满足我安全性要求的机位。那同时我们为了方便用户操作，我们出现了这个可视化，就是它的所有参数包括风机可以在实际的地形图或者其他图谱上探讨，同时我们支持基于现有机位补足现有机位，这个用于调整，后期要调整机位的时候，要考虑这些机位的影响，我可能要基于这个机位去补足现有机位，另一方面我有几个机位有问题，或者说这几个机位，我不想放在这个地方，或者在比较远的去调整它，我把这里面的机位拿掉，剩下的补足，这个功能现在是有一定的实用性，所以加进去了。另外就是说我们在图形界面上用户交付的方式去指定这个区域，我们传统的方式导入一些文件，比如说这个坐标，或者直接导入这个格式的文件都可以，或者人工指定，因为我自己在去不管是找点都很麻烦，那怎么办，我在风场上实际的圈出来这个点，就是添加进去，这个区域布机就可以了，它的方便性很强，它不需要借助外界的支持。第四点支持这个布机，因为经常需要有一种在高工作点会有一种机型，过了一个经验之后，会用另外一个机型，这个是支持很多机型来布机的，最后一个就是定制化布机的要求，刚才也有提到自由组合和设定限制因素，你输出一个定制化的工作方案。

第二个关键技术是尾流效应。我们知道复杂风场它由于布机比较密集，经常会出现你可能认为很好，可能有百分之十几，或者超出了你的预期，或者安全运输不能满足，这个时候要求你的尾流在你的限值以下，我们每一步都会计算这个尾流效应，具体来讲的话，我会通过你的AK值图谱，再加你的尾流模型，我会估算你每一台机型所产生的强度，同时我会根据你说的这个模型和册封模型去算你这台风机在各个风向上的尾流效应，这两步会算出来这个影响，但是同时我们知道对这样一个风电场，我的隔点如果是五米一个隔点，那我有四万个数据点，每个数据点，我把它的AK值拆开，去算它的因子，这样的计算量是在百万级别的，这样对于我一个循环来讲是一个很低的做法，所以我们通过一个尾流阶段值，我会实时的算我这个风机放置之前差距有多少，我会有一个范围，如果一旦这个范围达到这个限值，那我后面的点就不用算了，可能四万个点只需要放五千个点就可以了。

这个在布机上面提出一个修正，同时用户可以自己指定，比如说我认为这台风机尾流影响只有10G，15G就不考虑了，我认为这个值以后软件会用你指定的这个值计算。那么在布机循环中，我们会把这个分散到图谱当中去，包括这个AK值会做中心，这个是一个风向很极端的情况下，我们最终算出来整个布机，算出来之后它的风速分布大概是图中的这样一种情况，这种布机我在设计之初已经考虑了这个效应，那么我得到的这个布机方案一定是你拿回到里面计算之后，它一定是一个最优的方案。

第三个关键技术，异常机位点剔除技术。如果你用软件布机的话，它没办法考虑我的这个分布的影响，也没办法考虑我这个地形在山头上很有效，或者我在悬崖边上，或者我有一个山脉挡到它了，这种情况下第二个方面引起安全性的隐患，第三方面可能会增加这个成本的造价，所以我们会加入一种异常机位剔除的算法，具体来讲我们是放了两部分，一部分叫这个算法，这个会因此而提高，我们有单点和单机组和双机组的算法。第二点我们会用一个地形复杂度算法，我会去根据它的三维地形信息去计算这个5G，10G和15G地形复杂度，我会去推算这个点的复杂度是什么样的，它这个是否会超出安全性要求，大家可以看到这个图里面，当我们这个剔除的时候，它可能就会出现一些远离主机群的地方，这样对于我们真实的布机是没有意义的，你后期可能要去掉，很麻烦，当我们激活之后呢，软件会根据你的一个标准，有一些我地形利用率足够的风场，我可能会把标准放的严格一点，找最优机位，它带来的这个高效的成本问题，包括你的安全性问题。

下我们看一个工程应用实例，这是我们在河南有一个风电场，它属于典型的低风速风电场，它的特点就是风速特别低，我为了保证我这个风电场是正收益的，我必须要充分，就是98%，99%利用风场的风资源，那这种情况对布机要求是非常高的，那如果用我们的自动布机方法，输入就如图中所示，保护区的这个边界，这些都是要计算获取的，然后业主会输入一些要求，这个是双方协商制定的一个结果，会根据你的机位情况会调整一个数据，然后我的册封数据，这是我的全部布机输入，之后这个项目我们也是用手动布机进行了分别布机，然后进行了比对。大家可以看到这两版方案，一版手动方案，一版自动方案，看具体数据的话大家会发现在布机方面，手动布机是耗时八个小时，刚开始有一些点位靠近保护区边界太近，我们有约定靠近保护区这个手动的时候很难去精确的把握，但是因为它刚好是在一个山脉上，它的一个边界肯定线上的风资源是最好的，这个时候那我们自动可以解决这个问题，我们可以设定离我的保护区边界多远的地方不许布机，或者离多长的边界可以做设计。

所以那个手动布机时间很长，而自动布机到计算结果输出，一共耗时半个小时就结束了，如果五米可能要一个小时，那么我们可以看到它效率上自动布机高很多的，那针对于这个质量方面，数据可以显示我们发电小时数140个小时，这个提升就算过了。

下面我们最后一张图，看一下效果评价，我们为了验证它的实用性，我们选取了很多工厂，分别进行验证。我们可以看到对不同的复杂度有明显的提升，另外对于复杂度越高，它的提升效果越明显，我们也欢迎大家可以对我们进一步的提出一些个验证的方法或者一些想法，行，谢谢大家。

（发言为能见APP整理，未经本人审核）