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海洋潮流能发电机布局优化策略探索

刘丞  
【摘要】:随着绿色能源的兴起,海洋潮流能利用技术得到快速发展,而任何给定背景条件下的潮流能发电场开发,都存在装置布局及潮流机尾流影响发电量的问题。多项研究已表明风力发电机间尾流明显降低风电场的能量利用,风力发电机布局时必须考虑该问题。潮流发电和风力发电不同,但也有一定的相似性,潮流能发电机不合理布局形成的尾流效应会严重影响潮流电场的成本投入与产出比。因此在给定的区域内可布置多少台潮流发电机、如何布置使潮流能发电场产能最高,这是当前急需解决的关键问题。 论文综述了潮流能利用技术与布局方案的研究发展历程,并在广泛分析研究的基础上,提出了新的优化算法,以解决潮流发电机布局优化及已知海域潮流能合理开发难题。首先,综合考虑潮流能发电场中地形、潮流速度等各方面影响因素建立了三维坐标模型,并确立了由给定海域单位发电量成本最小为目标求取该潮流电场最佳装机数,再依据设备在给定的任一时间段内总发电量与潮流机位置坐标的关系求出各潮流机最优布局方案的目标,并将布局问题归结为多约束多变量的非线性系统优化求解问题。其次,用CFD技术模拟真实潮流中潮流能发电机的尾流,根据获得的数据与备选尾流模型进行误差分析,选定Jensen尾流模型作为最终仿真计算的尾流模型。再次,在全面分析、探讨常规罚函数模型基础上,提出一种新的优化算法——改进的自适应罚函数粒子群算法用于探索潮流电场发电机布局优化,该算法依据当前种群的可行解占有率对目标函数做合理变换,并构造了一个全新的自适应惩罚系数算法模型,该模型能依据寻优过程中参数变化,恰到好处的选出束违反量的系数,以达到全域优化过程中解集向可行域和最优解快速收敛的目的。最后,通过给定海域和潮流能发电机组等基本参数对分析结论做了仿真论证,仿真结果表明:新优化算法理论分析及推理正确;可行解搜索效果及相同台数潮流能发电机布局效果好;潮流机在各种入流速度下的发电量比传统算法布局方案有明显提高。


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