CN104077435B - 用于风电场设计与优化的方法和系统 - Google Patents

Abstract

提出了一种用于风电场设计与优化的方法和系统，属于风电场设计技术领域，所述方法包括：步骤S1，根据风电场的风资源情况生成风电场理想矩阵；步骤S2，根据风电场的边界和地形对所述风电场理想矩阵进行调整，得到风电场实际矩阵；步骤S3，获得对应于风电场实际矩阵的不同风机行列排布的风电场发电量，得出发电量最大时相应的风机行列排布作为初始优化风电场布置；步骤S4，以发电量最大为目标，移动尾流影响最大的风机所在的行和列；步骤S5，以发电量最大为目标，移动由不同季节主导风向不同而导致的尾流差大于预定阈值的风机；步骤S6，输出风电场最终优化布置与相应的风电场发电量。

Description

用于风电场设计与优化的方法和系统

技术领域

本发明涉及风电场设计技术领域，尤其涉及一种用于风电场设计与优化的方法和系统。

背景技术

风电场的微观选址是风电场建设的重要环节。合理的风电场布局不仅能够增加整个风电场的出力，而且能够保证机组的可靠性。上游风力机组在运行过程中会对下游风力机组产生尾流影响，并且一台风力机组会受到多台风力机组的尾流影响。尾流不仅影响整个风电场的出力，而且增加机组的载荷，进而影响机组的使用寿命。风电场微观选址的主要作用就是通过对风力机组进行合理布局，使尾流对风电场的影响减少到最小。

目前人们常用的两种风电机组排布方式为均匀排布和利用WAsP排布。均匀排布的规则是风力机组在主风向上以5～8倍风轮直径间距排布，在垂直于主风向上以3～5倍风轮直径间距排布，且相邻两行风力机组对行排布。这种方式不能得到风力机组的出力和尾流影响。WAsP能够根据读入的风速数据和风力机组的坐标得到风力机组的出力和尾流值，但WAsP不具备自主排列风力机组和优化布置方式的功能。WAsP需要人工输入风电机组的位置坐标，然后利用WAsP计算风力机组的出力和尾流，需要多次调整才能最终的分布结果。风电场的微观选址工作迫切需要能够自主化风电机组布置的方法和系统来简化选址工作。

目前常用的风电场微观选址方法往往是从全年的风资源来计算风电场的出力，而忽略了不同季节风能资源的变化性。根据多年的数据统计，不同季节主导风向和全年的主导风向呈垂直分布，这样不同季节和冬季会产生很强的尾流差。如果风电机组能够合适的调整，使不同季节的风能资源得到充分的利用，那么会很大程度上提高整个风电场的出力。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提出了一种用于风电场设计与优化的方法和系统。

根据本发明的一个方面，提出了一种用于风电场设计与优化的方法，该方法包括：步骤S1，根据风电场的风资源情况生成风电场理想矩阵；步骤S2，根据风电场的边界和地形对所述风电场理想矩阵进行调整，得到风电场实际矩阵；步骤S3，获得对应于风电场实际矩阵的不同风机行列排布的风电场发电量，得出发电量最大时相应的风机行列排布作为初始优化风电场布置；步骤S4，以发电量最大为目标，移动尾流影响最大的风机所在的行和列；步骤S5，以发电量最大为目标，移动由不同季节主导风向不同而导致的尾流差大于预定阈值的风机； 步骤S6，输出风电场最终优化布置与相应的风电场发电量。

根据本发明的一个方面，步骤S1包括：获取风电场的主导风向，确定风电场的范围并根据风电场范围确定风力发电机组行列数，使得风电场范围内的风力发电机组数目多于或等于需要的风电机组数；确定影响风力发电机组布置的三个因素，分别为偏离角、横列面比和纵列面比，其中：所述偏离角是风力发电机组纵向排列面与风电场主导风向的夹角；所述横列面比是纵向排列面上风电场高度中点处向外相邻的两个横向排列面间距的比例；所述纵列面比是横向排列面上风电场长度方向相邻的两个纵向排列面间距的比例。

根据本发明的一个方面，步骤S2包括：调整偏离角的大小，根据地形的边界条件以及敏感地形的位置，排除不能布置的风电机组，生成风电场实际矩阵。

根据本发明的一个方面，步骤S3包括：根据各个横列面比取值、各个纵列面比取值、各个偏离角取值以及各个风向区间取值，生成对应的风电场实际矩阵，并在风电场实际矩阵中加入风电机组，计算每台风电机组处的风速以及尾流影响，并根据风电机组的风速-功率曲线，计算出风电场的发电量，获得发电量最大时对应的横列面比、纵列面比以及偏离角，形成风电场的初始优化布置。

根据本发明的一个方面，所述计算每台风电机组处的风速具体为：假设测风塔处原始风速为ν₀，测风层海拔高度为h₀，风电机组轮毂高度为h，a处风电机组的风速为ν_a，海拔高度为Z(a)，α₁为考虑地表粗糙度对应的风切变指数，考虑地形影响的风电机组处风速为：所述计算每台风电机组处的尾流影响具体为：单机尾流影响：

D(x)＝D₀+2kx其中，D(x)为风电机组下游x处的尾流影响区域的直径，D₀是风电机组叶轮直径，k为尾流扩散系数，U(x)为下游x处的风电机组轮毂高度处的风速，U₀为来流风速，C_t为推力系数；上游多台风机对下游风机的尾流影响：其中，U为下游风机轮毂高度处风速，U₀为上游自由来流风速，U_i为上游只有风机i时产生的尾流风速，n为上游风机的数量；所述计算出风电场的发电量具体为：计算出每台风机轮毂高度处风速U后，根据所述风速-功率曲线，采用线性插值，求出每台风机任意风速下的发电功率，累积风电场所有风机一年的逐时发电功率，求和得到风电场全年的理论发电量。

根据本发明的一个方面，步骤S4包括：从步骤S3中计算出的每台风电机组处的尾流影响中，找到尾流影响最大的风机所在的纵向排列面和横向排列面；调整风机沿主导风向移动，具体为：对于从沿主导风向的第二纵向排列面开始至尾流影响最大风机所在纵向排列面的前一纵向排列面，移动这些纵向排列面以远离尾流影响最大风机所在纵向排列面；计算每次移动调整后的风电场发电量；获得移动过程中风电场发电量最大的各风机位置；调整风机沿垂直于主导风向移动，具体为：对于从垂直于主导风向的第二横向排列面开始至尾流影响最大风机所在横向排列面的前一横向排列面，移动这些横向排列面以远离尾流影响最大风机所在横向排列面；计算每次移动调整后的风电场发电量；获得移动过程中风电场发电量最大的各风机位置。

根据本发明的一个方面，每次移动满足距离限制条件和尾流限制条件，不能超出边界并避开敏感地带。

根据本发明的一个方面，步骤S5包括：利用测风塔处的风速时间序列，按照不同季节计算风电场每台风电机组的发电量与尾流，并计算不同季节每台风电机组的尾流差；对于尾流差大于预定值的风机进行前后左右移动；计算每次移动调整后的风电场发电量；获得移动过程中风电场发电量最大的各风机位置；每次移动满足距离限制条件和尾流限制条件，不能超出边界并避开敏感地带。

根据本发明的一个方面，将步骤S5得到的风电场最大发电量时对应的布置选择为风电场最终的优化布置，并将计算出来的风电场每台风机的发电量与尾流进行输出。

根据本发明的一个方面，还提出了一种用于风电场设计与优化的系统，该系统包括：

理想矩阵生成模块，用于根据风电场的风资源情况生成风电场理想矩阵；实际矩阵生成模块，用于根据风电场的边界和地形对所述风电场理想矩阵进行调整，得到风电场实际矩阵；初始优化布置模块，用于获得对应于风电场实际矩阵的不同风机行列排布的风电场发电量，得出发电量最大时相应的风机行列排布作为初始优化风电场布置；行列移动模块，用于以发电量最大为目标，移动尾流影响最大的风机所在的行和列；风机移动模块，用于以发电量最大为目标，移动由不同季节主导风向不同而导致的尾流差大于预定阈值的风机；输出模块，用于输出风电场最终优化布置与相应的风电场发电量。

根据本发明的一个方面，所述理想矩阵生成模块包括：获取子模块，用于获取风电场的主导风向，确定风电场的范围并根据风电场范围确定风力发电机组行列数，使得风电场范围内的风力发电机组数目多于或等于需要的风电机组数；确定子模块，用于确定影响风力发电机组布置的三个因素，分别为偏离角、横列面比和纵列面比，其中：所述偏离角是风力发电机组纵向排列面与风电场主导风向的夹角；所述横列面比是纵向排列面上风电场高度中点处 向外相邻的两个横向排列面间距的比例；所述纵列面比是横向排列面上风电场长度方向相邻的两个纵向排列面间距的比例。

根据本发明的一个方面，所述实际矩阵生成模块具体用于：调整偏离角的大小，根据地形的边界条件以及敏感地形的位置，排除不能布置的风电机组，生成风电场实际矩阵。

根据本发明的一个方面，所述初始优化布置模块具体用于：根据各个横列面比取值、各个纵列面比取值、各个偏离角取值以及各个风向区间取值，生成对应的风电场实际矩阵，并在风电场实际矩阵中加入风电机组，计算每台风电机组处的风速以及尾流影响，并根据风电机组的风速-功率曲线，计算出风电场的发电量，获得发电量最大时对应的横列面比、纵列面比以及偏离角，形成风电场的初始优化布置。

根据本发明的一个方面，所述计算每台风电机组处的风速具体为：假设测风塔处原始风速为ν₀，测风层海拔高度为h₀，风电机组轮毂高度为h，a处风电机组的风速为ν_a，海拔高度为Z(a)，α₁为考虑地表粗糙度对应的风切变指数，考虑地形影响的风电机组处风速为：所述计算每台风电机组处的尾流影响具体为：单机尾流影响：D(x)＝D₀+2kx其中，D(x)为风电机组下游x处的尾流影响区域的直径，D₀是风电机组叶轮直径，k为尾流扩散系数，U(x)为下游x处的风电机组轮毂高度处的风速，U₀为来流风速，C_t为推力系数；上游多台风机对下游风机的尾流影响：其中，U为下游风机轮毂高度处风速，U₀为上游自由来流风速，U_i为上游只有风机i时产生的尾流风速，n为上游风机的数量；所述计算出风电场的发电量具体为：计算出每台风机轮毂高度处风速U后，根据所述风速-功率曲线，采用线性插值，求出每台风机任意风速下的发电功率，累积风电场所有风机一年的逐时发电功率，求和得到风电场全年的理论发电量。

根据本发明的一个方面，所述行列移动模块包括：风机确定子模块：用于从所述初始优化布置模块中计算出的每台风电机组处的尾流影响中，找到尾流影响最大的风机所在的纵向排列面和横向排列面；第一调整子模块，用于调整调整风机沿主导风向移动，具体为：对于从沿主导风向的第二纵向排列面开始至尾流影响最大风机所在纵向排列面的前一纵向排列面，移动这些纵向排列面以远离尾流影响最大风机所在纵向排列面；计算每次移动调整后的 风电场发电量；获得移动过程中风电场发电量最大的各风机位置；第二调整子模块，用于调整风机沿垂直于主导风向移动，具体为：对于从垂直于主导风向的第二横向排列面开始至尾流影响最大风机所在横向排列面的前一横向排列面，移动这些横向排列面以远离尾流影响最大风机所在横向排列面；计算每次移动调整后的风电场发电量；获得移动过程中风电场发电量最大的各风机位置。

根据本发明的一个方面，每次移动满足距离限制条件和尾流限制条件，不能超出边界并避开敏感地带。

根据本发明的一个方面，所述风机移动模块包括：计算子模块，用于利用测风塔处的风速时间序列，按照不同季节计算风电场每台风电机组的发电量与尾流，并计算不同季节每台风电机组的尾流差；第三调整子模块，用于对于尾流差大于预定值的风机进行前后左右移动；计算每次移动调整后的风电场发电量；并获得移动过程中风电场发电量最大的各风机位置；其中，每次移动满足距离限制条件和尾流限制条件，不能超出边界并避开敏感地带。

根据本发明的一个方面，所述输出模块用于将所述风机移动模块得到的风电场最大发电量时对应的布置选择为风电场最终的优化布置，并将计算出来的风电场每台风机的发电量与尾流进行输出。

附图说明

图1示出了本发明提出的用于风电场设计与优化的方法的概要流程图；

图2示出了风电场范围以及风机排布的示意图；

图3示出了风电场理想矩阵的示意图；

图4示出了风电场实际矩阵的示意图；

图5示出了移动风机所在的行的示意图；

图6示出了移动风机所在的列的示意图；

图7示出了移动单个风机的示意图；

图8示出了本发明提出的用于风电场设计与优化的系统的概要结构图。

具体实施方式

图1示出了本发明所提出的用于风电场设计与优化的方法的概要流程图。如图1所示，本发明所提出的方法包括：

步骤S1，根据风电场的风资源情况生成风电场理想矩阵；

步骤S2，根据风电场的边界和地形对所述风电场理想矩阵进行调整，得到风电场实际矩阵；

步骤S3，获得对应于风电场实际矩阵的不同风机行列排布的风电场发电量，得出发电量 最大时相应的风机行列排布作为初始优化风电场布置；

步骤S4，以发电量最大为目标，移动尾流影响最大的风机所在的行和列；

步骤S5，以发电量最大为目标，移动由不同季节主导风向不同而导致的尾流差大于预定阈值的风机；

步骤S6，输出风电场最终优化布置与相应的风电场发电量。

图1仅是本发明所提出方法的概要流程，下面将具体介绍每一步骤所包含的内容，以揭示本发明的各个发明要点。

在步骤S1中，首先应获取已知风电场的风资源情况，得出风电场的主导风向。图2示出了风电场理想矩阵的示意图。如图2所示，风电场范围(端点为ABCD的矩形)可以用长度L和高度D表示，其中长度L(AB，CD)定义为风电场顺着风电场主导风向的距离，高度D(AD，BC)定义为风电场垂直风电场主导风向的距离，注意，此处使用的术语“顺着”和“垂直”并非是指与主导风向完全相同及绝对垂直，而是示例性的给出与主导风向的大体关系，目的仅为对风电场范围作出定义。然后根据所述风电场范围，确定风力发电机组行列数，使得风电场范围内的风力发电机组数目(即行列交汇点)多于或等于需要的机组数。然后，选定影响风力发电机组布置的三个因素，分别为偏离角α，横列面比i,纵列面比j。

偏离角α：风力发电机组纵向排列面与风电场主导风向的夹角。其中，纵向排列面的起始点为主导风向上，风电场长度L的起始点(A，D)，各纵向排列面依次命名为1，2，…，m。其中m为纵向排列面最大命名号，也相当于纵向排列面的总数；

横列面比i：纵向排列面上风电场高度中点处向外相邻的两个横向排列面间距的比例。在一个实施例中，横向排列面以高度D的中点对称，如横向排列面总数为奇数，则第1横向排列面通过中点，沿着中点向外依次命名为2，…，e。其中e为横向排列面的最大命名号，这时横向排列面总数为2e-1。如果横向排列面数为偶数，则第1横向排列面对称于中点分布，沿着中点向外依次命名为1，2，…，e。其中e为横向排列面的最大命名号，这时横向排列面总数为2e(图2示出了为偶数的情况)。这时，i＝D_c+1/D_c，c＝1,2,3，...，e-1(横向排列面数为偶数)或e-2(横向排列面数为奇数)。

纵列面比j：横向排列面上风电场长度方向相邻的两个纵向排列面间距的比例。即j＝L_d+1/L_d，d＝1,2,3，...，m-2。

对于每个因素分别取3个水平值，所述水平值的取值范围为：

α的取值范围为-45°～45°，变化步长为12.5°。

i＝0.5～1.0，变化步长为0.1。

j＝1.0～1.5，变化步长为0.1。

选择一个偏离角α，横列面比i,纵列面比j的值，可得到一个风电场布置理想矩阵，如图3所示。

在步骤S2中，调整偏离角α的大小(如上文所述，取值范围为-45°～45°，变化步长为12.5°)，根据地形的边界条件(不能超出边界)以及敏感地形的位置(不能布置风电机组)，排除不能布置的风电机组，生成风电场实际矩阵。如图4所示，其中，画圈位置的风电机组都是需要去掉的风电机组。

在步骤S3中，根据各个横列面比取值、各个纵列面比取值、各个偏离角取值以及各个风向区间取值，生成对应的风电场实际矩阵，并在风电场实际矩阵中加入风电机组，计算每台风电机组处的风速以及尾流影响，并考虑风电机组的风速-功率曲线，计算出风电场的发电量，获得发电量最大时对应的横列面比、纵列面比、偏离角，形成风电场初始优化布置。在这一过程中，存在四重循环，其中，横列面比取值范围为0.5～1，步长为0.1；纵列面比取值为1～1.5，步长为0.1；偏离角取值为-45～45，步长为22.5；风向区间取值为0～360，步长为22.5。每循环一次，计算一次风电场的发电量，记录每次的发电量数值，四重循环全部循环完毕后，找出发电量最大对应的横列面比、纵列面比、偏离角，形成风电场初始优化布置。下面具体介绍如何计算风电场的发电量：

1)计算每台风电机组处的理论风速

假设测风塔处原始风速为ν₀，测风层海拔高度为h₀，风电机组轮毂高度为h，a处风电机组的风速为ν_a，海拔高度为Z(a)，α₁为考虑地表粗糙度对应的风切变指数(默认值为0.142)，考虑地形影响的风电机组处风速为：

2)计算每台风电机组处的尾流影响

单机尾流影响：

D(x)＝D₀+2kx

其中，D(x)为风电机组下游x处的尾流影响区域的直径，D₀是风电机组叶轮直径，k为尾流扩散系数(默认取值为0.075)，U(x)为下游x处的风电机组轮毂高度处的风速，U₀为来流 风速，C_t为推力系数(一般为风机厂家提供)。下面的表1示出了标准空气密度下风速-功率-推力系数的一个示例：

风速	功率(kw)	Ct
			3	11	1.03
4	65	0.86
			5	154	0.78
6	290	0.78
			7	476	0.78
8	722	0.78
			9	1011	0.72
10	1295	0.66
			11	1500	0.54
12	1500	0.36
			13	1500	0.27
14	1500	0.22
			15	1500	0.17
16	1500	0.14
			17	1500	0.12
18	1500	0.1
			19	1500	0.09
20	1500	0.08
			21	1500	0.07
22	1500	0.06
			23	1500	0.05
24	1500	0.05
			25	1500	0.04

上游多台风机对下游风机的尾流影响：

其中，U为下游风机轮毂高度处风速，U₀为上游自由来流风速，U_i为上游只有风机i时产生的尾流风速，n为上游风机的数量。

3)风电场发电量计算

计算出每台风机轮毂高度处风速U后，采用表1中的风速-功率曲线，采用线性插值，可以求出每台风机任意风速下的发电功率。累积风电场所有风机一年8760小时(闰年为8784小时)的逐时发电功率，求和得到风电场全年的理论发电量。

在步骤S4中，从步骤S3中计算出的每台风电机组处的尾流中，找到尾流最大的风机所在的行和列。

调整风机沿主导风向移动(如图5所示)，具体的移动方法为：

1)从沿主导风向的第二行开始至尾流最大位置的前一行；其中这里的行是指上文所述的纵向排列面；如图5所示，使这些行朝远离尾流最大的风机所在行的方向移动；

2)计算每次移动调整后的风电场发电量；

3)获得每行移动过程中风电场发电量最大的位置。

移动过程中需要满足：每次移动满足距离限制条件(可预先设置，例如为主导风向5倍风轮直径)；每次移动满足尾流限制条件(可预先设置，例如为10％)；遇到边界及敏感地带时不能超出边界并且避开敏感地带。

在图5中，画圈处为尾流最大的风机位置，箭头示出了行的移动。

然后调整风机沿垂直于主导风向移动(如图6所示)，具体的移动方法如下：

1)从垂直于主导风向的第二列开始至尾流最大位置的前一列；这里的列是指上文所述的横向排列面；如图6所示，使这些列朝远离尾流最大的风机所在列的方向移动；由于横向排列面的对称性(参见上文对于图2的介绍)，在一个实施例中，还可移动处于对称位置的列，使得移动后的矩阵中横向排列面依然是对称的；

2)计算每次移动调整后的风电场发电量；

3)获得每列移动过程中风电场发电量最大的位置。

移动过程中需要满足：每次移动满足距离限制条件(可预先设置，例如为垂直于主导风向3倍风轮直径)；每次移动满足尾流限制条件(可预先设置，例如为10％)以及遇到边界及敏感地带的处理时不能超出边界并且避开敏感地带。

在图6中，画圈处为尾流最大的风机位置，箭头示出了列的移动。

在步骤S5中，首先利用测风塔处的风速时间序列，按照不同季节计算风电场每台风电机组的发电量与尾流，并计算不同季节每台风电机组的尾流差。

利用不同季节主导风向不同而进行的移动方法(如图7所示)如下：

1)对尾流差大于预定值(例如为3％)的风机进行前后左右移动；

2)计算每次移动调整后的风电场发电量；

3)获得每次移动过程中风电场发电量最大的位置。

移动过程中需要满足：每次移动满足距离限制条件(可预先设置，例如为沿着主导风向5倍风轮直径、垂直于主导风向3倍风轮直径)；每次移动满足尾流限制条件(可预先设置，例如为10％)；遇到边界及敏感地带的处理时不能超出边界并且避开敏感地带。

在图7中，画圈处为尾流差大于预定值的风机位置，箭头示出了风机的移动。

在步骤S6中，将步骤S5得到的风电场最大发电量时对应的布置选择为风电场最终的优化布置。在一个实施例中，将计算出来的风电场每台风机的发电量与尾流逐个进行输出。下面的表2示出了部分风机的统计计算结果：

本发明还提出了一种用于风电场设计与优化的系统，该系统用于实现上文所述的方法。如图8所示，它主要包括六个模块：理想矩阵生成模块、实际矩阵生成模块、初始优化布置模块、行列移动模块、风机移动模块以及输出模块，分别执行步骤S1-S6。其中：

理想矩阵生成模块，根据风电场的风资源情况生成风电场理想矩阵；

实际矩阵生成模块，根据风电场的边界和地形对所述风电场理想矩阵进行调整，得到风电场实际矩阵；

初始优化布置模块，获得对应于风电场实际矩阵的不同风机行列排布的风电场发电量，得出发电量最大时相应的风机行列排布；

行列移动模块，以发电量最大为目标，移动尾流影响最大的风机所在的行和列；

风机移动模块，以发电量最大为目标，移动由不同季节主导风向不同而导致的尾流差大于预定阈值的风机；

输出模块，输出风电场最终优化布置与相应的风电场发电量。

对于这六个模块的每一个，都能够实现上文所述的每一步骤S1-S6包含的具体步骤，从而形成多个子模块，这里不再对这些子模块进行一一赘述。

此外，本发明所提出的系统中包含的各个模块、子模块都可以由硬件、软件和/或固件来实现，例如利用分布式或集中式计算机形成综合计算处理系统等，这对于本领域技术人员来说能够实现，因此，不再赘述具体的实现方法。

由此可见，本发明提出了一种自动设计与优化风电场布置的方法和系统，考虑了风电场地理位置、不同布置下的尾流情况、不同季节不同主导风向导致的尾流情况等诸多因素，以发电量最大为目标对风电场布置进行多阶段优化，解决了现有技术存在的问题。

本文所提出的上述具体实现方式仅为示例性的，并不作为对本发明保护范围的限定。本领域技术人员可根据具体情况对上述实现方式做出相应调整和改变，例如横列面比、纵列面比、偏离角、风向区间的取值范围与迭代步长均可以变化，不同季节主导风向可以调整为不同月份主导风向变化，逐时的测风数据时间序列可以为10min或15min等时间步长的时间序列等等，这些调整和改变也落入本发明的保护范围内。

Claims (18)

1.一种用于风电场设计与优化的方法，其特征在于，该方法包括：

步骤S1，根据风电场的风资源情况生成风电场理想矩阵，包括获取风电场的风资源情况并得出风电场的主导风向；

步骤S2，根据风电场的边界和地形对所述风电场理想矩阵进行调整，得到风电场实际矩阵；

步骤S3，获得对应于风电场实际矩阵的不同风机行列排布的风电场发电量，得出发电量最大时相应的风机行列排布作为初始优化风电场布置，包括计算每台风电机组处的尾流影响；

步骤S4，找到尾流影响最大的风机所在的纵向排列面和横向排列面；

调整风机沿主导风向移动，具体为：

对于从沿主导风向的第二纵向排列面开始至尾流影响最大风机所在纵向排列面的前一纵向排列面，移动这些纵向排列面以远离尾流影响最大风机所在纵向排列面；

计算每次移动调整后的风电场发电量；

获得移动过程中风电场发电量最大的各风机位置；

调整风机沿垂直于主导风向移动，具体为：

对于从垂直于主导风向的第二横向排列面开始至尾流影响最大风机所在横向排列面的前一横向排列面，移动这些横向排列面以远离尾流影响最大风机所在横向排列面；

计算每次移动调整后的风电场发电量；

获得移动过程中风电场发电量最大的各风机位置；

其中每次移动都满足距离限制条件以及尾流限制条件；

步骤S5，以发电量最大为目标，移动由不同季节主导风向不同而导致的尾流差大于预定阈值的风机；

步骤S6，输出风电场最终优化布置与相应的风电场发电量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

步骤S1包括：获取风电场的主导风向，确定风电场的范围并根据风电场范围确定风力发电机组行列数，使得风电场范围内的风力发电机组数目多于或等于需要的风电机组数；

确定影响风力发电机组布置的三个因素，分别为偏离角、横列面比和纵列面比，其中：

所述偏离角是风力发电机组纵向排列面与风电场主导风向的夹角；

所述横列面比是纵向排列面上风电场高度中点处向外相邻的两个横向排列面间距的比例；

所述纵列面比是横向排列面上风电场长度方向相邻的两个纵向排列面间距的比例。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：

步骤S2包括：调整偏离角的大小，根据地形的边界条件以及敏感地形的位置，排除不能布置的风电机组，生成风电场实际矩阵。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：

步骤S3包括：根据各个横列面比取值、各个纵列面比取值、各个偏离角取值以及各个风向区间取值，生成对应的风电场实际矩阵，并在风电场实际矩阵中加入风电机组，计算每台风电机组处的风速以及尾流影响，并根据风电机组的风速-功率曲线，计算出风电场的发电量，获得发电量最大时对应的横列面比、纵列面比以及偏离角，形成风电场的初始优化布置。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：

所述计算每台风电机组处的风速具体为：

假设测风塔处原始风速为ν₀，测风层海拔高度为h₀，风电机组轮毂高度为h，a处风电机组的风速为ν_a，海拔高度为Z(a)，α₁为考虑地表粗糙度对应的风切变指数，考虑地形影响的风电机组处风速为：

$v_a=v_0{\left(\frac{z\left(a\right)+h}{h_0}\right)}^{{\mathrm{\α}}_1};$

所述计算每台风电机组处的尾流影响具体为：

单机尾流影响：

D(x)＝D₀+2kx

$\frac{U\left(x\right)}{U_0}=1-\frac{1-\sqrt{1-C_t}}{{(1+\frac{2kx}{D_0})}^2}$

其中，D(x)为风电机组下游x处的尾流影响区域的直径，D₀是风电机组叶轮直径，k为尾流扩散系数，U(x)为下游x处的风电机组轮毂高度处的风速，U₀为来流风速，C_t为推力系数；

上游多台风机对下游风机的尾流影响：

${(1-\frac{U}{U_0})}^2=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{(1-\frac{U_i}{U_0})}^2$

其中，U为下游风机轮毂高度处风速，U₀为上游自由来流风速，U_i为上游只有风机i时产生的尾流风速，n为上游风机的数量；

所述计算出风电场的发电量具体为：

计算出每台风机轮毂高度处风速U后，根据所述风速-功率曲线，采用线性插值，求出每台风机任意风速下的发电功率，累积风电场所有风机一年的逐时发电功率，求和得到风电场全年的理论发电量。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：

步骤S4包括：移动处于对称位置的横向排列面，使得移动后的矩阵中的横向排列面依然是对称的。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：

每次移动不能超出边界并避开敏感地带。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

步骤S5包括：利用测风塔处的风速时间序列，按照不同季节计算风电场每台风电机组的发电量与尾流，并计算不同季节每台风电机组的尾流差；

对于尾流差大于预定值的风机进行前后左右移动；

计算每次移动调整后的风电场发电量；

获得移动过程中风电场发电量最大的各风机位置；

每次移动满足距离限制条件和尾流限制条件，不能超出边界并避开敏感地带。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

将步骤S5得到的风电场最大发电量时对应的布置选择为风电场最终的优化布置，并将计算出来的风电场每台风机的发电量与尾流进行输出。

10.一种用于风电场设计与优化的系统，其特征在于，该系统包括：

理想矩阵生成模块，用于根据风电场的风资源情况生成风电场理想矩阵，包括获取风电场的风资源情况并得出风电场的主导风向；

实际矩阵生成模块，用于根据风电场的边界和地形对所述风电场理想矩阵进行调整，得到风电场实际矩阵；

初始优化布置模块，用于获得对应于风电场实际矩阵的不同风机行列排布的风电场发电量，得出发电量最大时相应的风机行列排布作为初始优化风电场布置，包括计算每台风电机组处的尾流影响；

行列移动模块，包括：

风机确定子模块：用于从所述初始优化布置模块中计算出的每台风电机组处的尾流影响中，找到尾流影响最大的风机所在的纵向排列面和横向排列面；

第一调整子模块，用于调整风机沿主导风向移动，具体为：

对于从沿主导风向的第二纵向排列面开始至尾流影响最大风机所在纵向排列面的前一纵向排列面，移动这些纵向排列面以远离尾流影响最大风机所在纵向排列面；

计算每次移动调整后的风电场发电量；

获得移动过程中风电场发电量最大的各风机位置；

第二调整子模块，用于调整风机沿垂直于主导风向移动，具体为：

对于从垂直于主导风向的第二横向排列面开始至尾流影响最大风机所在横向排列面的前一横向排列面，移动这些横向排列面以远离尾流影响最大风机所在横向排列面；

计算每次移动调整后的风电场发电量；

获得移动过程中风电场发电量最大的各风机位置；

其中每次移动都满足距离限制条件和尾流限制条件；

风机移动模块，用于以发电量最大为目标，移动由不同季节主导风向不同而导致的尾流差大于预定阈值的风机；

输出模块，用于输出风电场最终优化布置与相应的风电场发电量。

11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于：

所述理想矩阵生成模块包括：

获取子模块，用于获取风电场的主导风向，确定风电场的范围并根据风电场范围确定风力发电机组行列数，使得风电场范围内的风力发电机组数目多于或等于需要的风电机组数；

确定子模块，用于确定影响风力发电机组布置的三个因素，分别为偏离角、横列面比和纵列面比，其中：

所述偏离角是风力发电机组纵向排列面与风电场主导风向的夹角；

所述横列面比是纵向排列面上风电场高度中点处向外相邻的两个横向排列面间距的比例；

所述纵列面比是横向排列面上风电场长度方向相邻的两个纵向排列面间距的比例。

12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于：

所述实际矩阵生成模块具体用于：调整偏离角的大小，根据地形的边界条件以及敏感地形的位置，排除不能布置的风电机组，生成风电场实际矩阵。

13.根据权利要求11所述的系统，其特征在于：

所述初始优化布置模块具体用于：根据各个横列面比取值、各个纵列面比取值、各个偏离角取值以及各个风向区间取值，生成对应的风电场实际矩阵，并在风电场实际矩阵中加入风电机组，计算每台风电机组处的风速以及尾流影响，并根据风电机组的风速-功率曲线，计算出风电场的发电量，获得发电量最大时对应的横列面比、纵列面比以及偏离角，形成风电场的初始优化布置。

14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于：

所述计算每台风电机组处的风速具体为：

假设测风塔处原始风速为ν₀，测风层海拔高度为h₀，风电机组轮毂高度为h，a处风电机组的风速为ν_a，海拔高度为Z(a)，α₁为考虑地表粗糙度对应的风切变指数，考虑地形影响的风电机组处风速为：

$v_a=v_0{\left(\frac{z\left(a\right)+h}{h_0}\right)}^{{\mathrm{\α}}_1};$

所述计算每台风电机组处的尾流影响具体为：

单机尾流影响：

D(x)＝D₀+2kx

$\frac{U\left(x\right)}{U_0}=1-\frac{1-\sqrt{1-C_t}}{{(1+\frac{2kx}{D_0})}^2}$

其中，D(x)为风电机组下游x处的尾流影响区域的直径，D₀是风电机组叶轮直径，k为尾流扩散系数，U(x)为下游x处的风电机组轮毂高度处的风速，U₀为来流风速，C_t为推力系数；

上游多台风机对下游风机的尾流影响：

${(1-\frac{U}{U_0})}^2=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{(1-\frac{U_i}{U_0})}^2$

其中，U为下游风机轮毂高度处风速，U₀为上游自由来流风速，U_i为上游只有风机i时产生的尾流风速，n为上游风机的数量；

所述计算出风电场的发电量具体为：

计算出每台风机轮毂高度处风速U后，根据所述风速-功率曲线，采用线性插值，求出每台风机任意风速下的发电功率，累积风电场所有风机一年的逐时发电功率，求和得到风电场全年的理论发电量。

15.根据权利要求13所述的系统，其特征在于：

所述第二调整子模块还用于移动处于对称位置的横向排列面，使得移动后的矩阵中的横向排列面依然是对称的。

16.根据权利要求15所述的系统，其特征在于：

每次移动不能超出边界并避开敏感地带。

17.根据权利要求10所述的系统，其特征在于：

所述风机移动模块包括：

计算子模块，用于利用测风塔处的风速时间序列，按照不同季节计算风电场每台风电机组的发电量与尾流，并计算不同季节每台风电机组的尾流差；

第三调整子模块，用于对于尾流差大于预定值的风机进行前后左右移动；计算每次移动调整后的风电场发电量；并获得移动过程中风电场发电量最大的各风机位置；其中，

每次移动满足距离限制条件和尾流限制条件，不能超出边界并避开敏感地带。

18.根据权利要求10所述的系统，其特征在于：

所述输出模块用于将所述风机移动模块得到的风电场最大发电量时对应的布置选择为风电场最终的优化布置，并将计算出来的风电场每台风机的发电量与尾流进行输出。