CN113988429B - 一种风电场开发定制优化方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种风电场开发定制优化方法及系统，包括以下步骤：步骤1，获取产品数据库或技术数据库；步骤2，组成风电场开发所涉及的产品集合或技术集合；步骤3，形成风力发电机组及风电场关键产品技术族数量、风电场安全裕度和风电场综合成本的表达式；步骤4，构建虚拟高维空间运动稳定性问题；步骤5，组成局部稳定平衡位置解集；步骤6，取局部稳定平衡位置解集内风电场综合成本最小值对应的局部稳定平衡位置，作为虚拟高维空间运动稳定性问题的全局稳定平衡位置，得到风电场开发定制优化的全局最优结果，形成风电场开发定制优化方法；本发明解决了现有传统的风电场开发方案存在资源匹配度不高、资源不能充分挖掘的缺陷。

Description

一种风电场开发定制优化方法及系统
技术领域
本发明涉及水平轴风力发电机组领域，特别涉及一种风电场开发定制优化方法及系统。
背景技术
随着风力发电项目规模化应用的普及，风电场微观选址、风电机组设计制造、风电机组运行监测、关键部件故障诊断等方面的技术不断迭代进步，大型风力发电机组容量、尺寸越做越大，研发间隔周期一再缩短。整个产业链从前端到后端，市场竞争如火如荼，但高速发展背后潜在的风险和隐患就越不可轻视。
风力发电是多学科应用技术耦合协同的典型科研领域，不同方向的研究开发人员合作得越紧密、越深入，系统优化工作可能取得的成绩就越显著。近些年，原材料厂商、部件厂商、整机厂商都意识到相关问题的重要性，开始向行业纵深方向拓展自己的业务领域，也取得了显著成效。但在有限时间和有限精力条件下，所有企业都面临类似的取舍抉择。以风力发电机组风轮叶片领域为例，随着机组大型化发展趋势的推进以及低风速风电场开发的需要，超长柔性叶片的设计研发工作成为行业热点。
从理论上讲，叶片越长，风轮的扫掠面积越大，能够捕获的风能就越多；然而，面对实际项目，风电场开发还会受到多方面制约因素的影响，包括：(1)风电场风资源、场址地形、运行环境、周边开发情况等；(2)风力发电机组及关键部件设计制造技术；(3)风力发电机组基础设计施工技术；(4)风力发电机组运输吊装技术；(5)风力发电机组控制优化技术；(6)风电场功率调节、电网接入、电力输送技术；(7)风电场监测诊断技术；(8)风电场运行维护技术；(9)原材料、技术服务、备品备件供应周期及成本价格。越大越长的叶片，捕风能力固然优秀，但设计研发、生产制造、运输吊装、关键原材料等方面的成本均偏高，从风电场收益角度衡量不一定具有优势。
同理，其它风力发电机组关键部件在设计时也会遇到类似问题。
此外，传统风力发电机组设计环节主要包含概念初设、系统详设、优化迭代三部分，其中，概念初设，即基于已掌握技术水平、供应链资源，定性选择技术路线，确定新产品目标构架及初值；系统详设，即基于已选定技术路线、目标初值，完成机械结构、电气结构等系统/部件功能性和安全性设计；优化迭代，即基于新产品详细设计，以降载减重、降本增效为目的，定量优化系统/部件安全裕度，形成匹配完备且更具竞争力的定型产品。
对于新型超大容量风力发电机组设计研发，该技术思路无法被替代，为保证设计质量，常规周期要在三年以上，且取得成果的先进性受到概念初设的影响深远，对总师团队要求极高；现实工作过程中，为缩短研发周期、提升产品成功率和竞争力，在广泛且有针对性调研之后，取得了不少成功案例。
但是，对于风电场定制化开发，该种设计理念的推广就会存在颇多限制，例如优秀研发技术人员、稀缺系统资源的调配占用等，面对纷繁各异的定制化需求，往往只能做到开展已有产品的匹配性分析，通过控制策略调整进一步实现有限程度的降载优化，并非真正意义上的定制化工作，既不能充分挖掘风电场资源开发潜力，也不能充分降低综合成本支出；同时，深度意义上的定制化，应该是立足于先进工业的现代化基础之上，以需求满足为核心的设计工作精细化。
面对以上诸多问题，从成本投入与运营收益的角度衡量，找到资源分布、技术水平、成本价格对于风电场开发的条件限制，同风电行业整机、部件、服务等研发企业现有的技术实力、固有资产配置相结合，寻求一种风电场开发深度定制优化方法至关重要。同时，在满足理性市场需求、保证企业健康发展的同时，可以帮助企业将更多精力投入到产品质量提升方向，引领整个风电行业计划有序协同发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种风电场开发定制优化方法及系统，解决了现有传统的风电场开发方案存在资源匹配度不高、资源不能充分挖掘的缺陷。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
本发明提供的一种风电场开发定制优化方法，包括以下步骤：
步骤1，对于风电场开发所涉及的每个风电领域产品或技术研发企业，对其产品线或技术线进行归纳整理，得到该风电领域产品或技术研发企业对应的产品数据库或技术数据库；
步骤2，结合已知风电材料和风电场资源信息，从各个风电领域产品或技术研发企业对应的产品数据库或技术数据库中，统计关键产品技术族，组成风电场开发所涉及的产品集合或技术集合；
步骤3，将风电场开发所涉及的产品集合或技术集合进行功能需求匹配，形成风力发电机组及风电场关键产品技术族数量、风电场安全裕度和风电场综合成本的表达式；
步骤4，利用风力发电机组及风电场关键产品技术族数量、风电场安全裕度和风电场综合成本，结合风电场安全要求和综合成本极值需要，构建虚拟高维空间运动稳定性问题；
步骤5，设置多组虚拟高维空间运动稳定性问题的物理参量和初始参量，通过运动轨迹数值模拟，获得不同物理参量和初始参量情况下虚拟高维空间运动稳定性问题的局部稳定平衡位置，并组成局部稳定平衡位置解集；
步骤6，取局部稳定平衡位置解集内风电场综合成本最小值对应的局部稳定平衡位置，作为虚拟高维空间运动稳定性问题的全局稳定平衡位置，得到风电场开发定制优化的全局最优结果，形成风电场开发定制优化方法。
优选地，步骤1中，对于风电场开发所涉及的每个风电领域产品或技术研发企业，对其产品线或技术线进行归纳整理，得到该风电领域产品或技术研发企业对应的产品数据库或技术数据库，具体包括：
对于风电场开发所涉及的每个风电整机或风电部件研发企业，将适配于不同容量机组但遵循技术相同的已有系统级产品或部件级产品归为同一族，得到该族系统级或部件级产品数据库；
对于风电场开发所涉及的每个风电整机研发企业，将适配于不同容量机组但遵循技术相同的已有系统连携技术归为同一族，得到该族系统连携技术数据库；
对于风电场开发所涉及的每个风电基础研发企业，将适配于不同容量机组但遵循技术相同的已有基础设计施工技术归为同一族，得到该族基础设计施工技术数据库；
对于风电场开发所涉及的每个风电技术服务研发企业，将适配于不同容量机组或风电场但遵循技术相同的已有技术服务归为同一族，得到该族技术服务数据库；
对于风电场开发所涉及的每个风电网侧研发企业，将适配于不同容量风电场但遵循技术相同的已有输变电产品归为同一族，得到该族输变电产品数据库。
优选地，步骤2中，结合已知风电材料和风电场资源信息，从各个风电领域产品或技术研发企业对应的产品数据库或技术数据库中，统计关键产品技术族，组成风电场开发所涉及的产品集合或技术集合，具体包括：
从各族系统级或部件级产品数据库中，统计所有能够影响机组性能、安全、成本的系统级或部件级产品族，组成系统级或部件级产品集合；
从各族系统连携技术数据库中，统计所有能够影响机组性能、安全、成本的系统连携技术族，组成系统连携技术集合；
从各族基础设计施工技术数据库中，统计所有能够影响机组性能、安全、成本的基础设计施工技术族，组成基础设计施工技术集合；
从各族技术服务数据库中，统计所有能够影响机组或风电场性能、安全、成本的技术服务族，组成技术服务集合；
从各族输变电产品数据库中，统计所有能够影响风电场性能、安全、成本的输变电产品族，组成输变电产品集合。
优选地，步骤3中，将风电场开发所涉及的产品集合或技术集合进行功能需求匹配，形成风力发电机组及风电场关键产品技术族数量、风电场安全裕度和风电场综合成本的表达式，其中，将风电场开发所涉及的产品集合或技术集合进行功能需求匹配，具体方法是：
将实现相同功能的产品研发企业或技术研发企业进行择一适用；上游研发企业的产品或技术的功能表现能够满足下游研发企业的产品或技术的需求条件，形成产品或技术间的匹配关系；
形成风力发电机组及风电场关键产品技术族数量、风电场安全裕度和风电场综合成本的表达式，具体方法是：
风力发电机组及风电场关键产品技术族数量N，为各个产品集合或技术集合中满足功能需求匹配关系的产品族或技术族的数量之和：
N＝NPart+NComb+NBase+NServ+NGrid
其中，NPart为系统级或部件级产品集合中满足功能需求匹配关系的产品族的数量；NComb为系统连携技术集合中满足功能需求匹配关系的技术族的数量；NBase为基础设计施工技术集合中满足功能需求匹配关系的技术族的数量；NServ为技术服务集合中满足功能需求匹配关系的技术族的数量；NGrid为输变电产品集合中满足功能需求匹配关系的产品族的数量；
风电场安全裕度S，为各个产品集合或技术集合中满足功能需求匹配关系的各个产品族或技术族的安全裕度最小值：
Figure BDA0003329299490000051
其中，
Figure BDA0003329299490000052
为系统级或部件级产品集合中满足功能需求匹配关系的各个产品族的安全裕度最小值；
Figure BDA0003329299490000053
为系统连携技术集合中满足功能需求匹配关系的各个技术族的安全裕度最小值；
Figure BDA0003329299490000054
为基础设计施工技术集合中满足功能需求匹配关系的各个技术族的安全裕度最小值；
Figure BDA0003329299490000061
为技术服务集合中满足功能需求匹配关系的各个技术族的安全裕度最小值；
Figure BDA0003329299490000062
为输变电产品集合中满足功能需求匹配关系的各个产品族的安全裕度最小值；
风电场综合成本C，为各个产品集合或技术集合中满足功能需求匹配关系的各个产品族或技术族的成本函数：
Figure BDA0003329299490000063
其中，
Figure BDA0003329299490000064
为系统级或部件级产品集合中满足功能需求匹配关系的各个产品族的成本函数；
Figure BDA0003329299490000065
为系统连携技术集合中满足功能需求匹配关系的各个技术族的成本函数；
Figure BDA0003329299490000066
为基础设计施工技术集合中满足功能需求匹配关系的各个技术族的成本函数；
Figure BDA0003329299490000067
为技术服务集合中满足功能需求匹配关系的各个技术族的成本函数；
Figure BDA0003329299490000068
为输变电产品集合中满足功能需求匹配关系的各个产品族的成本函数。
优选地，步骤4中，利用风力发电机组及风电场关键产品技术族数量、风电场安全裕度和风电场综合成本，结合风电场安全要求和综合成本极值需要，构建虚拟高维空间运动稳定性问题，具体方法是：
S401，对于满足功能需求匹配关系的任意关键产品技术族Mk，其中，k＝1，2，…，N，根据该关键产品技术族Mk对应的产品数据库或技术数据库所涵盖范围及信息规律，定义得到特征参量xk；
根据定义得到的特征参量xk分别获取该关键产品技术族Mk对应的产品或技术安全裕度Sk和综合成本Ck可参数化的函数表达式；
S402，根据风电场安全要求，获取风电场安全要求方程表达式：
S(x1,x2,…,xN)≥Re
其中，S为风电场安全裕度，Re为技术要求阈值；该安全要求方程式的解集为N维空间的连续几何区域；
定义风电场安全要求极值方程表达式：
Figure BDA0003329299490000071
其中，
Figure BDA0003329299490000072
为安全裕度矢量，
Figure BDA0003329299490000073
为位置矢量，
Figure BDA0003329299490000074
为单位矢量；Sk为关键产品技术族Mk对应的产品或技术的安全裕度，
Figure BDA0003329299490000075
为N维空间中自变量xk对应的坐标轴单位矢量；
该安全要求极值方程式的解集为安全要求方程式解集对应的N维空间连续几何区域的表面，计作解集临界曲面；
定义N维空间风电场综合成本恒定曲面方程表达式：
Figure BDA0003329299490000076
其中，C为综合成本标量，const为标量常量；该综合成本恒定曲面计作为成本恒定曲面；
S403，在N维空间中构建某虚拟质量物体，令其在S402定义的解集临界曲面上运动，该虚拟质量物体承受支撑力
Figure BDA0003329299490000077
重力
Figure BDA0003329299490000078
和阻尼力
Figure BDA0003329299490000079
作用，获取该虚拟质量物体的动力学平衡方程；构建得到虚拟高维空间运动稳定性问题；
其中，支撑力
Figure BDA00033292994900000710
方向沿S402定义的解集临界曲面法线方向，且指向风电场综合成本C增大一侧；重力
Figure BDA00033292994900000711
方向沿S402定义的成本恒定曲面法线方向，且指向风电场综合成本C减小一侧；阻尼力
Figure BDA00033292994900000712
方向与物体运动速度
Figure BDA00033292994900000713
方向相反，沿S402定义的解集临界曲面切线方向。
优选地，步骤5中，设置多组虚拟高维空间运动稳定性问题的物理参量和初始参量，通过运动轨迹数值模拟，获得不同物理参量和初始参量情况下虚拟高维空间运动稳定性问题的局部稳定平衡位置，并组成局部稳定平衡位置解集，具体地：
虚拟高维空间运动稳定性问题的物理参量包括质量m、重力加速度g、阻尼系数c；初始参量包括位置矢量
Figure BDA0003329299490000081
运动速度
Figure BDA0003329299490000082
其中，初始运动速度均设置为零，初始位置矢量由N维空间中任意位置矢量向S402定义的解集临界曲面投影得到；
初始位置矢量的设置方法是：使用位置矢量
Figure BDA0003329299490000083
求解安全裕度矢量
Figure BDA0003329299490000084
利用安全裕度矢量分量
Figure BDA0003329299490000085
与技术要求阈值Re的差值，定义位置矢量分量变化量
Figure BDA0003329299490000086
其中，k＝1，2，…，N；迭代更新位置矢量
Figure BDA0003329299490000087
使其对应的安全裕度矢量
Figure BDA0003329299490000088
收敛于
Figure BDA0003329299490000089
同时位置矢量
Figure BDA00033292994900000810
收敛于其向S402定义的解集临界曲面投影位置，作为初始位置矢量，其中，i＝1，2，…；
条件稳定平衡位置的求解方法是：建立虚拟质量物体的条件运动学初值问题，设定虚拟时间t，通过运动轨迹数值模拟，在阻尼耗散作用下，虚拟质量物体的位置矢量
Figure BDA00033292994900000811
最终停止在重力势能极低的稳定平衡位置，作为虚拟高维空间运动稳定性问题的局部稳定平衡位置。
一种风电场开发定制优化系统，该系统能够运行所述的方法，包括：
产品数据库或技术数据库构建单元，用于对于风电场开发所涉及的每个风电领域产品或技术研发企业，对其产品线或技术线进行归纳整理，得到该风电领域产品或技术研发企业对应的产品数据库或技术数据库；
产品集合或技术集合构建单元，用于结合已知风电材料和风电场资源信息，从各个风电领域产品或技术研发企业对应的产品数据库或技术数据库中，统计关键产品技术族，组成风电场开发所涉及的产品集合或技术集合；
函数关系建立单元，用于将风电场开发所涉及的产品集合或技术集合进行功能需求匹配，形成风力发电机组及风电场关键产品技术族数量、风电场安全裕度和风电场综合成本的表达式；
稳定性问题构建单元，用于利用风力发电机组及风电场关键产品技术族数量、风电场安全裕度和风电场综合成本，结合风电场安全要求和综合成本极值需要，构建得到虚拟高维空间运动稳定性问题；
局部稳定平衡位置解集组成单元，用于设置多组虚拟高维空间运动稳定性问题的物理参量和初始参量，通过运动轨迹数值模拟，获得不同物理参量和初始参量情况下虚拟高维空间运动稳定性问题的局部稳定平衡位置，并组成局部稳定平衡位置解集；
定制优化方案构建单元，用于取局部稳定平衡位置解集内风电场综合成本最小值对应的局部稳定平衡位置，作为虚拟高维空间运动稳定性问题的全局稳定平衡位置，得到风电场开发定制优化的全局最优结果，形成风电场开发定制优化方案。
优选地，稳定性问题构建单元包括：
函数关系建立单元，用于对于满足功能需求匹配关系的任意关键产品技术族，根据该关键产品技术族对应的产品数据库或技术数据库所涵盖范围及信息规律，定义得到特征参量；
根据定义得到的特征参量分别获取该关键产品技术族对应的产品或技术安全裕度和综合成本可参数化的函数表达式；
曲面获取单元，用于根据风电场安全要求，获取风电场安全要求方程表达式；
根据风电场安全要求方程表达式定义风电场安全要求极值方程表达式；同时，该安全要求极值方程式的解集为安全要求方程式解集对应的N维空间连续几何区域的表面，计作解集临界曲面；
定义N维空间风电场综合成本恒定曲面方程表达式；将该综合成本恒定曲面计作成本恒定曲面；
稳定性问题获取单元，用于在N维空间中构建某虚拟质量物体，令其在解集临界曲面上运动，该虚拟质量物体承受支撑力、重力和阻尼力作用，获取该虚拟质量物体的动力学平衡方程；构建得到虚拟高维空间运动稳定性问题。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的一种风电场开发定制优化方法及系统，有效实现了从风电行业整机、部件、服务等研发企业现有的技术实力、固有资产配置出发，系统整合优化全产业链各环节资源、产品、服务的衔接匹配关系，根据特定场址自然资源情况结合行业技术水平、成本价格等因素，以风电场全生命周期平准化度电成本作为评价指标，实现明确系统定制优化问题；通过构建高维空间物理问题仿真算法，降低局部极优结果的计算时间和计算量、降低整体最优结果对于初值选择的依赖性，保证定制优化过程的系统性、可复现性；依据最优结果找到符合风电行业产品/技术提供方实际情况的优选结果，保证定制优化结果的可达性、可靠性，形成一套风电场开发定制优化方法。
进一步的，该方法结合风电行业整机、部件、服务等研发企业现有的技术实力、固有资产配置等实际情况，使风电场开发定制化工作更容易得到产业链各级上游相关企业的支持和配合，使其亦成为风电场开发定制优化方法实施的受益方，促进整个行业技术的协同进步。
进一步的，该方法将风电行业整机、部件、服务等研发企业的产品/服务数据库进行梳理，引入主导特征参量概念，优化设计变量个数、增强设计变量间关联性，降低集成定制优化问题的技术难度。
进一步的，该方法促成全产业链各环节资源、产品、服务平台交互合作，并考虑衔接参量设置及保密性要求，起到推进系统整合产业资源且保护各企业独立知识产权和相关利益的作用。
进一步的，该方法将风电场开发问题的物理基础具象化，明确深度定制化需求问题的本质，将风电产业链上下游复杂变化规律以需求方式衔接匹配在一起，通过资源、技术、成本等方面的条件限制，约束寻优路径及优化算法，增强定制优化方法的可实现性。
进一步的，该方法借用风电场开发定制优化问题作为条件极值求解问题的本质，引入高维空间物理问题仿真算法，使迭代优化过程物理意义明确清晰，不再受困于开发研究人员理解限制，避免混淆优化方向及目标的情况。
进一步的，方法有效回避了条件极值求解问题的遍历算法，降低得到局部极优结果的计算时间和计算量；同时考虑到解集整体拓扑空间的复杂性，提出降低整体最优结果对于初值选择依赖性的解决方案，保证定制优化过程的系统性、可复现性。
进一步的，方法考虑到风电行业产品/技术提供方实际情况，由最优结果给出优选结果，保证定制优化结果的可达性、可靠性。
具体实施方式
为了克服上述现有技术思路的缺陷，本发明所要解决的技术问题是从风电行业整机、部件、服务等研发企业现有的技术实力、固有资产配置出发，系统整合优化全产业链(包括风电场、整机、部件、材料、服务等)各环节资源、产品、服务的衔接匹配关系，根据特定场址自然资源情况结合行业技术水平、成本价格等因素，以风电场全生命周期平准化度电成本作为评价指标，优化得到经济性极优的机组定制优化方案，并通过有效算法支撑，降低局部寻优的计算时间和计算量、降低全局寻优对于初值选择的依赖性，保证定制优化过程的系统性、可复现性以及定制优化结果的可达性、可靠性，形成一套风电场开发定制优化方法。
具体地，本发明提供的一种风电场开发定制优化方法，包括以下步骤：
步骤1，对于风电场开发所涉及的每个风电领域产品或技术研发企业，对其产品线或技术线进行归纳整理，得到该风电领域产品或技术研发企业对应的产品数据库或技术数据库，具体地：
对于风电场开发所涉及的每个风电整机或风电部件研发企业，将适配于不同容量机组但遵循技术相同的已有系统级产品或部件级产品归为同一族，得到该族系统级或部件级产品数据库。针对同一族系统级产品或部件级产品进行系统性整合优化，保证同一族但适配于不同容量机组的系统级产品或部件级产品(包括系统组件、零部件、原材料、仪器设备等)能够实现：相同产品标准化、参数化，即同一族相同系统级产品或部件级产品采用相同设计、工艺、材料、检测方法完成，实现标准一致、质量相同。由此，形成同一族系统级或部件级产品平台，对于该平台涵盖范围内适配于任意容量机组的系统级产品或部件级产品，均可实现几何参数化建模、标准安全性校核、精细化成本核算、共用模具生产组装等功能；不同族系统级或部件级产品平台间形成并行选择或串行衔接，组成企业系统级或部件级产品数据库全覆盖。相应研发企业对外成果输出：基于系统级或部件级产品的数据库，包括以机组容量为自变量的加密参数化机械/电气模型以及成本核算模块。
对于风电场开发所涉及的每个风电整机研发企业，将适配于不同容量机组但遵循技术相同的已有系统连携技术归为同一族，得到该族系统连携技术数据库。针对同一族系统连携技术进行系统性整合优化，保证同一族但适配于不同容量机组的系统连携技术(包括组件布置、系统连接、控制策略、功能保障等)能够实现：相同技术标准化、参数化，即同一族相同系统连携技术采用相同布局、逻辑、备件、检测方法完成，实现标准一致、质量相同。由此，形成同一族系统连携技术平台，对于该平台涵盖范围内适配于任意容量机组的系统连携技术，均可实现策略参数化方案、标准安全性校核、精细化成本核算、共用工装设备组装调试等功能；不同族系统连携技术平台间形成并行选择或串行衔接，组成企业系统连携技术数据库全覆盖。相应研发企业对外成果输出：基于系统连携技术的数据库，包括以机组容量为自变量的加密参数化控制策略模型以及成本核算模块。
对于风电场开发所涉及的每个风电基础研发企业，将适配于不同容量机组但遵循技术相同的已有基础设计施工技术归为同一族，得到该族基础设计施工技术数据库。针对同一族基础设计施工技术进行系统性整合优化，保证同一族但适配于不同容量机组的基础设计施工技术(包括类型选择、设计校核、原材料、设备工装、建造施工、监理检验等)能够实现：相同技术标准化、参数化，即同一族相同基础设计施工技术采用相同设计、工艺、材料、检测方法完成，实现标准一致、质量相同。由此，形成同一族基础设计施工技术平台，对于该平台涵盖范围内适配于任意容量机组的基础设计施工技术，均可实现几何参数化建模、标准安全性校核、精细化成本核算、共用工装设备生产组装等功能；不同族基础设计施工技术平台间形成并行选择或串行衔接，组成企业基础设计施工技术数据库全覆盖。相应研发企业对外成果输出：基于基础设计施工技术的数据库，包括以机组容量为自变量的加密参数化基础模型以及成本核算模块。
对于风电场开发所涉及的每个风电技术服务研发企业，将适配于不同容量机组或风电场但遵循技术相同的已有技术服务归为同一族，得到该族技术服务数据库。针对同一族技术服务进行系统性整合优化，保证同一族但适配于不同容量机组或风电场的技术服务(包括运输吊装、运行调试、试验检测、监测定损、故障诊断、运行维护、功率调节等)能够实现：相同技术标准化、参数化，即同一族相同技术服务采用相同方案、施工、设备、检测方法完成，实现标准一致、质量相同。由此，形成同一族技术服务平台，对于该平台涵盖范围内适配于任意容量机组或风电场的技术服务，均可实现服务参数化方案、标准安全性校核、精细化成本核算、共用工装设备组装调试检验检测等功能；不同族技术服务平台间形成并行选择或串行衔接，组成企业技术服务数据库全覆盖。相应研发企业对外成果输出：基于技术服务的数据库，包括以机组或风电场容量为自变量的加密参数化试验模型以及成本核算模块。
对于风电场开发所涉及的每个风电网侧研发企业，将适配于不同容量风电场但遵循技术相同的已有输变电产品归为同一族，得到该族输变电产品数据库。针对同一族输变电产品进行系统性整合优化，保证同一族但适配于不同容量风电场的输变电产品(包括升压组件、变流组件、传输线路、仪器设备等)能够实现：相同产品标准化、参数化，即同一族相同输变电产品采用相同布局、方案、备件、检测方法完成，实现标准一致、质量相同。由此，形成同一族输变电产品平台，对于该平台涵盖范围内适配于任意容量风电场的输变电产品，均可实现电气参数化建模、标准安全性校核、精细化成本核算、共用设备组装调试等功能；不同族输变电产品平台间形成并行选择或串行衔接，组成企业输变电产品数据库全覆盖。相应研发企业对外成果输出：基于输变电产品的数据库，包括以风电场容量为自变量的加密参数化电气模型以及成本核算模块。
步骤2，结合已知风电材料和风电场资源信息，从各个风电领域产品或技术研发企业对应的产品数据库或技术数据库中，统计关键产品技术族，组成风电场开发所涉及的产品集合或技术集合，具体地：
风电行业的材料数据库(包括原材料、标准零部件等)已经完备，可提供各级产品开发所需材料相关信息(包括物理性能测试报告、出厂检验报告、成本报价、供货周期等)；风电场的资源数据库(包括风、地形、地质、潮流、水文、危害性环境、极端气候、系统/部件故障等)已经完备，可提供风电场开发所需资源相关信息(包括测风塔历年数据、地形图、地质测绘报告、水文分析报告、侵蚀/腐蚀/覆冰/雷击研究报告、台风/地震/海啸/极端温湿度统计记录、系统/部件维修更换停机记录等)。
从各族系统级或部件级产品数据库中，统计所有能够影响机组性能、安全、成本的系统级或部件级产品族，组成系统级或部件级产品集合；将系统级或部件级产品集合中的系统级产品或部件级产品族数量记作
Figure BDA0003329299490000141
其中，第i件系统级产品或部件级产品的安全裕度记作SPi，对应的综合成本记作CPi，
Figure BDA0003329299490000142
从各族系统连携技术数据库中，统计所有能够影响机组性能、安全、成本的系统连携技术族，组成系统连携技术集合；将系统连携技术集合中的系统连携技术族数量记作
Figure BDA0003329299490000143
其中，第j件系统连携技术的安全裕度记作SCj，对应的综合成本记作CCj，
Figure BDA0003329299490000144
Figure BDA0003329299490000145
从各族基础设计施工技术数据库中，统计所有能够影响机组性能、安全、成本的基础设计施工技术族，组成基础设计施工技术集合；将基础设计施工技术集合中的基础设计施工技术族数量记作
Figure BDA0003329299490000151
其中，第l件基础设计施工技术的安全裕度记作SBl，对应的综合成本记作CBl，
Figure BDA0003329299490000152
从各族技术服务数据库中，统计所有能够影响机组或风电场性能、安全、成本的技术服务族，组成技术服务集合；将技术服务集合中的技术服务族数量记作
Figure BDA0003329299490000153
其中，第q件技术服务的安全裕度记作SSq，对应的综合成本记作CSq，
Figure BDA0003329299490000154
从各族输变电产品数据库中，统计所有能够影响风电场性能、安全、成本的输变电产品族，组成输变电产品集合；将输变电产品集合中的输变电产品族数量记作
Figure BDA0003329299490000155
其中，第r件输变电产品的安全裕度记作SGr，对应的综合成本记作CGr，
Figure BDA0003329299490000156
步骤3，将风电场开发所涉及的产品集合或技术集合进行功能需求匹配，形成风力发电机组及风电场关键产品技术族数量、风电场安全裕度和风电场综合成本的表达式，具体地：
将实现相同功能的产品研发企业或技术研发企业进行择一适用；上游研发企业的产品或技术的功能表现能够满足下游研发企业的产品或技术的需求条件，形成产品或技术间的匹配关系；
风力发电机组及风电场关键产品技术族数量N，为各个产品集合或技术集合中满足功能需求匹配关系的产品族或技术族的数量之和：
N＝NPart+NComb+NBase+NServ+NGrid
其中，NPart为系统级或部件级产品集合中满足功能需求匹配关系的产品族的数量；NComb为系统连携技术集合中满足功能需求匹配关系的技术族的数量；NBase为基础设计施工技术集合中满足功能需求匹配关系的技术族的数量；NServ为技术服务集合中满足功能需求匹配关系的技术族的数量；NGrid为输变电产品集合中满足功能需求匹配关系的产品族的数量；
风电场安全裕度S，为各个产品集合或技术集合中满足功能需求匹配关系的各个产品族或技术族的安全裕度最小值：
Figure BDA0003329299490000161
其中，
Figure BDA0003329299490000162
为系统级或部件级产品集合中满足功能需求匹配关系的各个产品族的安全裕度最小值；
Figure BDA0003329299490000163
为系统连携技术集合中满足功能需求匹配关系的各个技术族的安全裕度最小值；
Figure BDA0003329299490000164
为基础设计施工技术集合中满足功能需求匹配关系的各个技术族的安全裕度最小值；
Figure BDA0003329299490000165
为技术服务集合中满足功能需求匹配关系的各个技术族的安全裕度最小值；
Figure BDA0003329299490000166
为输变电产品集合中满足功能需求匹配关系的各个产品族的安全裕度最小值；
逐项选定满足功能需求匹配关系的系统级或部件级产品、系统连携技术、基础设计施工技术、技术服务、输变电产品，即完成某种风力发电机组及风电场详细配置组合。利用某风电场资源数据库，模拟风电场全生命周期内所有可能出现工况，并通过概率方法进行统计计算，分析得到风电场安全裕度S。风电场安全裕度S满足风电场规定技术要求，即该种配置组合满足定制设计安全性要求，则可作为优化设计备选方案；否则，不可作为优化设计备选方案，需淘汰。
风电场综合成本C，可以根据分析问题的需要选择使用风电场总成本或者风电场平准化度电成本等形式，为各个产品集合或技术集合中满足功能需求匹配关系的各个产品族或技术族的成本函数：
Figure BDA0003329299490000171
其中，
Figure BDA0003329299490000172
为系统级或部件级产品集合中满足功能需求匹配关系的各个产品族的成本函数；
Figure BDA0003329299490000173
为系统连携技术集合中满足功能需求匹配关系的各个技术族的成本函数；
Figure BDA0003329299490000174
为基础设计施工技术集合中满足功能需求匹配关系的各个技术族的成本函数；
Figure BDA0003329299490000175
为技术服务集合中满足功能需求匹配关系的各个技术族的成本函数；
Figure BDA0003329299490000176
为输变电产品集合中满足功能需求匹配关系的各个产品族的成本函数。
统计风电场综合成本C，包括全生命周期内各台机组及相关设备制造、运输、安装、调试、试验、输送、监测、运维等投入成本以及各台机组发电量、并网时间、阶梯电价等收益因素，作为优化设计经济性评价指标。
步骤4，利用风力发电机组及风电场关键产品技术族数量、风电场安全裕度和风电场综合成本，结合风电场安全要求和综合成本极值需要，构建虚拟高维空间运动稳定性问题，具体地：
S401，对于满足功能需求匹配关系的任意关键产品技术族Mk，其中，k＝1，2，…，N；根据该关键产品技术族对应的产品数据库或技术数据库所涵盖范围及信息规律，定义特征参量xk，将该产品或技术在设计、制造、实施过程中所涉及的典型几何、工艺、技术参数均通过拟合方法定义为特征参量的函数，使得该关键产品技术族Mk对应的产品或技术可参数化为特征参量xk的函数表达形式；
由于满足功能需求匹配关系的产品或技术间存在相互影响，该关键产品技术族Mk对应的产品或技术的安全裕度Sk、综合成本Ck可参数化为相关特征参量x1，x2，…，xN的函数表达形式，从而，将风电场安全裕度S、风电场综合成本C分别表达为：
Figure BDA0003329299490000181
Figure BDA0003329299490000182
风力发电机组及风电场定制化设计详细配置问题，即转化为各关键产品技术族Mk对应的产品或技术的特征参量xk的功能需求选择匹配问题；风电场开发定制优化方法，即转化为求解以风力发电机组及风电场各关键产品技术族的特征参量为自变量的条件极值问题。
S402，根据风电场安全要求，在自变量x1，x2，…，xN组成的N维空间中，风电场安全要求方程式可表达为：
Figure BDA0003329299490000183
即风电场安全裕度S大于等于技术要求阈值Re；该安全要求方程式的解集为N维空间的连续几何区域。在该连续几何区域内，风电场综合成本C(x1,x2,…,xN)最小值对应的自变量x1，x2，…，xN值，即所寻求S401中条件极值问题的全局最优结果。
对于实际工程问题而言，存在客观规律：各自变量x1，x2，…，xN与风力发电机组容量或风电场容量变化规律呈相关性；技术要求阈值Re、风电场安全裕度S、风电场综合成本C变化规律间呈正相关性。
在自变量x1，x2，…，xN组成的N维空间中，定义风电场安全要求极值方程表达式：
Figure BDA0003329299490000184
该安全要求极值方程式的解集为安全要求方程式解集对应的N维空间连续几何区域的表面，简称为解集临界曲面，使用矢量方式表达为：
Figure BDA0003329299490000191
其中，安全裕度矢量
Figure BDA0003329299490000192
是以位置矢量
Figure BDA0003329299490000193
为自变量的函数；单位矢量表示为
Figure BDA0003329299490000194
其中，Sk表示关键产品技术族Mk对应的产品或技术的安全裕度，
Figure BDA0003329299490000195
表示N维空间中自变量xk对应的坐标轴单位矢量，其中，k＝1，2，…，N。
在S401中条件极值问题的全局最优结果就位于该解集临界曲面之上，且该解集临界曲面法线方向代表风电场安全裕度S变化梯度最大方向。
在自变量x1，x2，…，xN组成的N维空间中，定义N维空间风电场综合成本恒定曲面方程表达式：
C(x1,x2,…,xN)＝const
该综合成本恒定曲面简称为成本恒定曲面，使用矢量方式表达为：
Figure BDA0003329299490000196
其中，综合成本标量C是以位置矢量
Figure BDA0003329299490000197
为自变量的函数；其中，
Figure BDA0003329299490000198
表示N维空间中自变量xk对应的坐标轴单位矢量，其中，k＝1，2，…，N。
该成本恒定曲面法线方向代表风电场综合成本C变化梯度最大方向。
S403，构建N维空间中某虚拟质量物体，使用m表示该物体质量；令其在S402定义的解集临界曲面上运动，该物体承受解集临界曲面支撑力
Figure BDA0003329299490000199
作用，支撑力
Figure BDA00033292994900001910
方向沿S402定义的解集临界曲面法线方向，且指向风电场综合成本C增大一侧；该物体承受重力
Figure BDA00033292994900001911
作用，
Figure BDA00033292994900001912
其中，重力加速度
Figure BDA00033292994900001913
方向沿S402定义的成本恒定曲面法线方向，且指向风电场综合成本C减小一侧；该物体承受阻尼力
Figure BDA00033292994900001914
作用，
Figure BDA00033292994900001915
其中，阻尼力
Figure BDA00033292994900001916
方向与物体运动速度
Figure BDA0003329299490000201
方向相反，沿S402定义的解集临界曲面切线方向。
根据受力分析，该虚拟质量物体的动力学平衡方程为：
Figure BDA0003329299490000202
其中，
Figure BDA0003329299490000203
表示该物体运动加速度。
该N维空间中虚拟质量物体，在重力势能最低位置达到全局稳定平衡，即对应风电场综合成本最低，对应S401中条件极值问题的全局最优结果，即风电场开发定制优化方案。
步骤5，设置多组虚拟高维空间运动稳定性问题的物理参量和初始参量，通过运动轨迹数值模拟，获得不同物理参量和初始参量情况下虚拟高维空间运动稳定性问题的局部稳定平衡位置，并组成局部稳定平衡位置解集，具体地：
虚拟高维空间运动稳定性问题的物理参量包括质量m、重力加速度g、阻尼系数c；初始参量包括位置矢量
Figure BDA0003329299490000204
运动速度
Figure BDA0003329299490000205
S501，初始位置矢量的设置方法是：
初始位置矢量由N维空间中任意位置矢量向S402定义的解集临界曲面投影得到。
在N维空间中，使用位置矢量
Figure BDA0003329299490000206
计算对应的安全裕度矢量
Figure BDA0003329299490000207
根据步骤4中S401所述，关键产品技术族Mk对应的产品或技术可参数化为特征参量xk的函数表达形式，因此可以利用安全裕度矢量分量的预期变化量
Figure BDA0003329299490000208
求得对应的位置矢量分量变化量
Figure BDA0003329299490000209
满足方程式
Figure BDA00033292994900002010
其中，Re表示技术要求阈值，Sk表示关键产品技术族Mk对应的产品或技术的安全裕度，
Figure BDA00033292994900002011
表示N维空间中自变量xk对应的坐标轴单位矢量，其中，k＝1，2，…，N。
遍历k值，求得N维空间中各自变量xk对应的位置矢量分量变化量
Figure BDA0003329299490000211
定义更新位置矢量
Figure BDA0003329299490000212
计算对应的安全裕度矢量
Figure BDA0003329299490000213
其中，i＝0，1，2，……。
由于产品或技术的功能需求存在兼容性，满足功能需求匹配关系的产品或技术间存在的相互影响会随N维空间中两位置矢量间距离的接近而降低，因而经过迭代，安全裕度矢量
Figure BDA0003329299490000214
趋向于收敛到
Figure BDA0003329299490000215
同时对应的位置矢量
Figure BDA0003329299490000216
趋向于收敛到
Figure BDA0003329299490000217
其中，
Figure BDA0003329299490000218
作为初始位置矢量，是位置矢量
Figure BDA0003329299490000219
在S402定义的解集临界曲面上的投影位置，满足
Figure BDA00033292994900002110
使用该方法，可保证在N维空间中，选择任意位置矢量均可求得位于S402定义的解集临界曲面上的投影位置，满足虚拟质量物体初始时刻即在给定曲面上的限制条件要求。
S502，条件稳定平衡位置的求解方法是：
建立虚拟质量物体的条件运动学初值问题，即虚拟质量物体的位置矢量
Figure BDA00033292994900002111
运动速度
Figure BDA00033292994900002112
运动加速度
Figure BDA00033292994900002113
均是虚拟时间t的函数，满足运动学积分关系：
Figure BDA00033292994900002114
初始时刻t＝0，设定该虚拟质量物体位于S501所确定的初始位置
Figure BDA00033292994900002115
运动速度
Figure BDA00033292994900002116
为零，即满足：
Figure BDA00033292994900002117
只考虑S402定义的解集临界曲面切线方向的运动速度积分，进行运动轨迹数值模拟，满足虚拟质量物体任意时刻始终在给定曲面上运动的限制条件要求。
联合S403中虚拟质量物体的动力学平衡方程式，计算任意虚拟时间t下虚拟质量物体的位置矢量
Figure BDA00033292994900002118
由物理问题客观性，在阻尼耗散作用下，随虚拟时间t发展，该虚拟质量物体的位置矢量最终停止在重力势能极低的稳定平衡位置
Figure BDA0003329299490000221
作为虚拟高维空间运动稳定性问题的局部稳定平衡位置，即风电场开发定制优化的局部极优结果。
对于虚拟质量物体，通过设定不同的质量m数值、重力加速度g数值、阻尼系数c数值和初始位置矢量
Figure BDA0003329299490000222
的组合，通过S502所示运动轨迹数值模拟方法，获得不同物理参量和初始参量情况下虚拟高维空间运动稳定性问题的局部稳定平衡位置
Figure BDA0003329299490000223
组成局部稳定平衡位置解集
Figure BDA0003329299490000224
步骤6，取局部稳定平衡位置解集内风电场综合成本最小值对应的局部稳定平衡位置，作为虚拟高维空间运动稳定性问题的全局稳定平衡位置，得到风电场开发定制优化的全局最优结果，形成风电场开发定制优化方法，具体地：
对于虚拟质量物体，选取的质量m数值越小、重力加速度g数值越大、阻尼系数c数值越小，则该物体运动越慢停止，数值计算量越大，局部稳定平衡位置覆盖的寻优区域就越大；选取的初始位置矢量
Figure BDA0003329299490000225
越分散，局部稳定平衡位置覆盖的寻优区域空间交集就越小。最终保证有限次寻优区域空间并集越大，得到的全局稳定平衡位置就越接近物理问题的风电场开发定制优化的真实全局最优结果。
因此，对于包含足够多数据、具有足够大寻优区域空间并集的局部稳定平衡位置解集
Figure BDA0003329299490000226
将其中风电场综合成本C最小值对应的局部稳定平衡位置，定义为虚拟高维空间运动稳定性问题的全局稳定平衡位置
Figure BDA0003329299490000227
得到风电场开发定制优化的全局最优结果，实现风电场开发定制优化方案。
一种风电场开发定制优化系统，该系统能够运行所述的方法，包括：
产品数据库或技术数据库构建单元，用于对于风电场开发所涉及的每个风电领域产品或技术研发企业，对其产品线或技术线进行归纳整理，得到该风电领域产品或技术研发企业对应的产品数据库或技术数据库；
产品集合或技术集合构建单元，用于结合已知风电材料和风电场资源信息，从各个风电领域产品或技术研发企业对应的产品数据库或技术数据库中，统计关键产品技术族，组成风电场开发所涉及的产品集合或技术集合；
函数关系建立单元，用于将风电场开发所涉及的产品集合或技术集合进行功能需求匹配，形成风力发电机组及风电场关键产品技术族数量、风电场安全裕度和风电场综合成本的表达式；
稳定性问题构建单元，用于利用风力发电机组及风电场关键产品技术族数量、风电场安全裕度和风电场综合成本，结合风电场安全要求和综合成本极值需要，构建得到虚拟高维空间运动稳定性问题；
局部稳定平衡位置解集组成单元，用于设置多组虚拟高维空间运动稳定性问题的物理参量和初始参量，通过运动轨迹数值模拟，获得不同物理参量和初始参量情况下虚拟高维空间运动稳定性问题的局部稳定平衡位置，并组成局部稳定平衡位置解集；
定制优化方案构建单元，用于取局部稳定平衡位置解集内风电场综合成本最小值对应的局部稳定平衡位置，作为虚拟高维空间运动稳定性问题的全局稳定平衡位置，得到风电场开发定制优化的全局最优结果，形成风电场开发定制优化方案。
优选地，稳定性问题构建单元包括：
函数关系建立单元，用于对于满足功能需求匹配关系的任意关键产品技术族，根据该关键产品技术族对应的产品数据库或技术数据库所涵盖范围及信息规律，定义得到特征参量；
根据定义得到的特征参量分别获取该关键产品技术族对应的产品或技术安全裕度和综合成本可参数化的函数表达式；
曲面获取单元，用于根据风电场安全要求，获取风电场安全要求方程表达式；
根据风电场安全要求方程表达式定义风电场安全要求极值方程表达式；同时，该安全要求极值方程式的解集为安全要求方程式解集对应的N维空间连续几何区域的表面，计作解集临界曲面；
定义N维空间风电场综合成本恒定曲面方程表达式；将该综合成本恒定曲面计作成本恒定曲面；
稳定性问题获取单元，用于在N维空间中构建某虚拟质量物体，令其在解集临界曲面上运动，该虚拟质量物体承受支撑力、重力和阻尼力作用，获取该虚拟质量物体的动力学平衡方程；构建得到虚拟高维空间运动稳定性问题
该方法有效实现了从风电行业整机、部件、服务等研发企业现有的技术实力、固有资产配置出发，系统整合优化全产业链各环节资源、产品、服务的衔接匹配关系，根据特定场址自然资源情况结合行业技术水平、成本价格等因素，以风电场全生命周期平准化度电成本作为评价指标，实现明确系统定制优化问题；通过构建高维空间物理问题仿真算法，降低局部极优结果的计算时间和计算量、降低整体最优结果对于初值选择的依赖性，保证定制优化过程的系统性、可复现性；依据最优结果找到符合风电行业产品或技术提供方实际情况的优选结果，保证定制优化结果的可达性、可靠性，形成一套风电场开发定制优化方法。

Claims (8)

1.一种风电场开发定制优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，对于风电场开发所涉及的每个风电领域产品或技术研发企业，对其产品线或技术线进行归纳整理，得到该风电领域产品或技术研发企业对应的产品数据库或技术数据库；
步骤2，结合已知风电材料和风电场资源信息，从各个风电领域产品或技术研发企业对应的产品数据库或技术数据库中，统计关键产品技术族，组成风电场开发所涉及的产品集合或技术集合；
步骤3，将风电场开发所涉及的产品集合或技术集合进行功能需求匹配，形成风力发电机组及风电场关键产品技术族数量、风电场安全裕度和风电场综合成本的表达式；
步骤4，利用风力发电机组及风电场关键产品技术族数量、风电场安全裕度和风电场综合成本，结合风电场安全要求和综合成本极值需要，构建虚拟高维空间运动稳定性问题；
步骤5，设置多组虚拟高维空间运动稳定性问题的物理参量和初始参量，通过运动轨迹数值模拟，获得不同物理参量和初始参量情况下虚拟高维空间运动稳定性问题的局部稳定平衡位置，并组成局部稳定平衡位置解集；
步骤6，取局部稳定平衡位置解集内风电场综合成本最小值对应的局部稳定平衡位置，作为虚拟高维空间运动稳定性问题的全局稳定平衡位置，得到风电场开发定制优化的全局最优结果，形成风电场开发定制优化方法。
2.根据权利要求1所述的一种风电场开发定制优化方法，其特征在于，步骤1中，对于风电场开发所涉及的每个风电领域产品或技术研发企业，对其产品线或技术线进行归纳整理，得到该风电领域产品或技术研发企业对应的产品数据库或技术数据库，具体包括：
对于风电场开发所涉及的每个风电整机或风电部件研发企业，将适配于不同容量机组但遵循技术相同的已有系统级产品或部件级产品归为同一族，得到该族系统级或部件级产品数据库；
对于风电场开发所涉及的每个风电整机研发企业，将适配于不同容量机组但遵循技术相同的已有系统连携技术归为同一族，得到该族系统连携技术数据库；
对于风电场开发所涉及的每个风电基础研发企业，将适配于不同容量机组但遵循技术相同的已有基础设计施工技术归为同一族，得到该族基础设计施工技术数据库；
对于风电场开发所涉及的每个风电技术服务研发企业，将适配于不同容量机组或风电场但遵循技术相同的已有技术服务归为同一族，得到该族技术服务数据库；
对于风电场开发所涉及的每个风电网侧研发企业，将适配于不同容量风电场但遵循技术相同的已有输变电产品归为同一族，得到该族输变电产品数据库。
3.根据权利要求1所述的一种风电场开发定制优化方法，其特征在于，步骤2中，结合已知风电材料和风电场资源信息，从各个风电领域产品或技术研发企业对应的产品数据库或技术数据库中，统计关键产品技术族，组成风电场开发所涉及的产品集合或技术集合，具体包括：
从各族系统级或部件级产品数据库中，统计所有能够影响机组性能、安全、成本的系统级或部件级产品族，组成系统级或部件级产品集合；
从各族系统连携技术数据库中，统计所有能够影响机组性能、安全、成本的系统连携技术族，组成系统连携技术集合；
从各族基础设计施工技术数据库中，统计所有能够影响机组性能、安全、成本的基础设计施工技术族，组成基础设计施工技术集合；
从各族技术服务数据库中，统计所有能够影响机组或风电场性能、安全、成本的技术服务族，组成技术服务集合；
从各族输变电产品数据库中，统计所有能够影响风电场性能、安全、成本的输变电产品族，组成输变电产品集合。
4.根据权利要求1所述的一种风电场开发定制优化方法，其特征在于，步骤3中，将风电场开发所涉及的产品集合或技术集合进行功能需求匹配，形成风力发电机组及风电场关键产品技术族数量、风电场安全裕度和风电场综合成本的表达式，其中，将风电场开发所涉及的产品集合或技术集合进行功能需求匹配，具体方法是：
将实现相同功能的产品研发企业或技术研发企业进行择一适用；上游研发企业的产品或技术的功能表现能够满足下游研发企业的产品或技术的需求条件，形成产品或技术间的匹配关系；
形成风力发电机组及风电场关键产品技术族数量、风电场安全裕度和风电场综合成本的表达式，具体方法是：
风力发电机组及风电场关键产品技术族数量N，为各个产品集合或技术集合中满足功能需求匹配关系的产品族或技术族的数量之和：
N＝NPart+NComb+NBase+NServ+NGrid
其中，NPart为系统级或部件级产品集合中满足功能需求匹配关系的产品族的数量；NComb为系统连携技术集合中满足功能需求匹配关系的技术族的数量；NBase为基础设计施工技术集合中满足功能需求匹配关系的技术族的数量；NServ为技术服务集合中满足功能需求匹配关系的技术族的数量；NGrid为输变电产品集合中满足功能需求匹配关系的产品族的数量；
风电场安全裕度S，为各个产品集合或技术集合中满足功能需求匹配关系的各个产品族或技术族的安全裕度最小值：
Figure FDA0003329299480000031
其中，
Figure FDA0003329299480000032
为系统级或部件级产品集合中满足功能需求匹配关系的各个产品族的安全裕度最小值；
Figure FDA0003329299480000033
为系统连携技术集合中满足功能需求匹配关系的各个技术族的安全裕度最小值；
Figure FDA0003329299480000034
为基础设计施工技术集合中满足功能需求匹配关系的各个技术族的安全裕度最小值；
Figure FDA0003329299480000041
为技术服务集合中满足功能需求匹配关系的各个技术族的安全裕度最小值；
Figure FDA0003329299480000042
为输变电产品集合中满足功能需求匹配关系的各个产品族的安全裕度最小值；
风电场综合成本C，为各个产品集合或技术集合中满足功能需求匹配关系的各个产品族或技术族的成本函数：
Figure FDA0003329299480000043
其中，
Figure FDA0003329299480000044
为系统级或部件级产品集合中满足功能需求匹配关系的各个产品族的成本函数；
Figure FDA0003329299480000045
为系统连携技术集合中满足功能需求匹配关系的各个技术族的成本函数；
Figure FDA0003329299480000046
为基础设计施工技术集合中满足功能需求匹配关系的各个技术族的成本函数；
Figure FDA0003329299480000047
为技术服务集合中满足功能需求匹配关系的各个技术族的成本函数；
Figure FDA0003329299480000048
为输变电产品集合中满足功能需求匹配关系的各个产品族的成本函数。
5.根据权利要求1所述的一种风电场开发定制优化方法，其特征在于，步骤4中，利用风力发电机组及风电场关键产品技术族数量、风电场安全裕度和风电场综合成本，结合风电场安全要求和综合成本极值需要，构建虚拟高维空间运动稳定性问题，具体方法是：
S401，对于满足功能需求匹配关系的任意关键产品技术族Mk，其中，k＝1，2，…，N，根据该关键产品技术族Mk对应的产品数据库或技术数据库所涵盖范围及信息规律，定义得到特征参量xk；
根据定义得到的特征参量xk分别获取该关键产品技术族Mk对应的产品或技术安全裕度Sk和综合成本Ck可参数化的函数表达式；
S402，根据风电场安全要求，获取风电场安全要求方程表达式：
S(x1,x2,…,xN)≥Re
其中，S为风电场安全裕度，Re为技术要求阈值；该安全要求方程式的解集为N维空间的连续几何区域；
定义风电场安全要求极值方程表达式：
Figure FDA0003329299480000051
其中，
Figure FDA0003329299480000052
为安全裕度矢量，
Figure FDA0003329299480000053
为位置矢量，
Figure FDA0003329299480000054
为单位矢量；Sk为关键产品技术族Mk对应的产品或技术的安全裕度，
Figure FDA0003329299480000055
为N维空间中自变量xk对应的坐标轴单位矢量；
该安全要求极值方程式的解集为安全要求方程式解集对应的N维空间连续几何区域的表面，计作解集临界曲面；
定义N维空间风电场综合成本恒定曲面方程表达式：
Figure FDA0003329299480000056
其中，C为综合成本标量，const为标量常量；该综合成本恒定曲面计作为成本恒定曲面；
S403，在N维空间中构建某虚拟质量物体，令其在S402定义的解集临界曲面上运动，该虚拟质量物体承受支撑力
Figure FDA0003329299480000057
重力
Figure FDA0003329299480000058
和阻尼力
Figure FDA0003329299480000059
作用，获取该虚拟质量物体的动力学平衡方程；构建得到虚拟高维空间运动稳定性问题；
其中，支撑力
Figure FDA00033292994800000510
方向沿S402定义的解集临界曲面法线方向，且指向风电场综合成本C增大一侧；重力
Figure FDA00033292994800000511
方向沿S402定义的成本恒定曲面法线方向，且指向风电场综合成本C减小一侧；阻尼力
Figure FDA00033292994800000512
方向与物体运动速度
Figure FDA00033292994800000513
方向相反，沿S402定义的解集临界曲面切线方向。
6.根据权利要求5所述的一种风电场开发定制优化方法，其特征在于，步骤5中，设置多组虚拟高维空间运动稳定性问题的物理参量和初始参量，通过运动轨迹数值模拟，获得不同物理参量和初始参量情况下虚拟高维空间运动稳定性问题的局部稳定平衡位置，并组成局部稳定平衡位置解集，具体地：
虚拟高维空间运动稳定性问题的物理参量包括质量m、重力加速度g、阻尼系数c；初始参量包括位置矢量
Figure FDA0003329299480000061
运动速度
Figure FDA0003329299480000062
其中，初始运动速度均设置为零，初始位置矢量由N维空间中任意位置矢量向S402定义的解集临界曲面投影得到；
初始位置矢量的设置方法是：使用位置矢量
Figure FDA0003329299480000063
求解安全裕度矢量
Figure FDA0003329299480000064
利用安全裕度矢量分量
Figure FDA0003329299480000065
与技术要求阈值Re的差值，定义位置矢量分量变化量
Figure FDA0003329299480000066
其中，k＝1，2，…，N；迭代更新位置矢量
Figure FDA0003329299480000067
使其对应的安全裕度矢量
Figure FDA0003329299480000068
收敛于
Figure FDA0003329299480000069
同时位置矢量
Figure FDA00033292994800000610
收敛于其向S402定义的解集临界曲面投影位置，作为初始位置矢量，其中，i＝1，2，…；
条件稳定平衡位置的求解方法是：建立虚拟质量物体的条件运动学初值问题，设定虚拟时间t，通过运动轨迹数值模拟，在阻尼耗散作用下，虚拟质量物体的位置矢量
Figure FDA00033292994800000611
最终停止在重力势能极低的稳定平衡位置，作为虚拟高维空间运动稳定性问题的局部稳定平衡位置。
7.一种风电场开发定制优化系统，其特征在于，该系统能够运行权利要求1-6中任一项所述的方法，包括：
产品数据库或技术数据库构建单元，用于对于风电场开发所涉及的每个风电领域产品或技术研发企业，对其产品线或技术线进行归纳整理，得到该风电领域产品或技术研发企业对应的产品数据库或技术数据库；
产品集合或技术集合构建单元，用于结合已知风电材料和风电场资源信息，从各个风电领域产品或技术研发企业对应的产品数据库或技术数据库中，统计关键产品技术族，组成风电场开发所涉及的产品集合或技术集合；
函数关系建立单元，用于将风电场开发所涉及的产品集合或技术集合进行功能需求匹配，形成风力发电机组及风电场关键产品技术族数量、风电场安全裕度和风电场综合成本的表达式；
稳定性问题构建单元，用于利用风力发电机组及风电场关键产品技术族数量、风电场安全裕度和风电场综合成本，结合风电场安全要求和综合成本极值需要，构建得到虚拟高维空间运动稳定性问题；
局部稳定平衡位置解集组成单元，用于设置多组虚拟高维空间运动稳定性问题的物理参量和初始参量，通过运动轨迹数值模拟，获得不同物理参量和初始参量情况下虚拟高维空间运动稳定性问题的局部稳定平衡位置，并组成局部稳定平衡位置解集；
定制优化方案构建单元，用于取局部稳定平衡位置解集内风电场综合成本最小值对应的局部稳定平衡位置，作为虚拟高维空间运动稳定性问题的全局稳定平衡位置，得到风电场开发定制优化的全局最优结果，形成风电场开发定制优化方案。
8.根据权利要求7所述的一种风电场开发定制优化系统，其特征在于，稳定性问题构建单元包括：
函数关系建立单元，用于对于满足功能需求匹配关系的任意关键产品技术族，根据该关键产品技术族对应的产品数据库或技术数据库所涵盖范围及信息规律，定义得到特征参量；
根据定义得到的特征参量分别获取该关键产品技术族对应的产品或技术安全裕度和综合成本可参数化的函数表达式；
曲面获取单元，用于根据风电场安全要求，获取风电场安全要求方程表达式；
根据风电场安全要求方程表达式定义风电场安全要求极值方程表达式；同时，该安全要求极值方程式的解集为安全要求方程式解集对应的N维空间连续几何区域的表面，计作解集临界曲面；
定义N维空间风电场综合成本恒定曲面方程表达式；将该综合成本恒定曲面计作成本恒定曲面；
稳定性问题获取单元，用于在N维空间中构建某虚拟质量物体，令其在解集临界曲面上运动，该虚拟质量物体承受支撑力、重力和阻尼力作用，获取该虚拟质量物体的动力学平衡方程；构建得到虚拟高维空间运动稳定性问题。
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