风电场机组优化布局作为风电工程建设项目的前期工程,对风电场发电能力及经济效益起着决定性作用。风电机组的产能及疲劳损伤是优化布局的重要参考指标,由于机组排布而产生的尾流风速和附加湍流强度对其产生重要影响。因此,本文将重点研究适合工程运用同时又保证具有较高计算精度的风电场尾流模型,量化分析附加湍流对风电机组产能及疲劳损伤的影响。综合风电场尾流造成的产能损失、风电场发电量、尾流区附加湍流强度、风电场建设及运维成本等因素,采用遗传算法对风电场机组布局实现多目标的优化。主要研究工作及结论如下:1、针对轴向尾流模型及径向尾流模型的不足,提出了一种新的二维改进尾流模型,该尾流模型即考虑了尾流径向风速的非均匀分布,又考虑了轴向控制体侧面空气流量变化对尾流风速的影响。采用Jensen尾流模型、轴向尾流模型、径向尾流模型及本文提出的二维尾流模型计算风电场的产能,结合江苏省某风电场的实际产能进行分析,验证了本文提出的二维改进尾流模型在风电场产能估算上具有较好的计算精度。2、通过风电场产能计算结果的对比,总结了尾流损失的主要影响因素:1、风电机组间距的大小,其间距越大尾流损失越小;2、尾流风速在全年风速中所占的比例,其占比越大尾流损失也越大;3、风电机组尾流叠加效应的影响,受多台机组尾流叠加效应的影响会导致尾流损失增大。3、量化研究附加湍流对风电机组产能及疲劳寿命的影响。研究发现:1、附加湍流的存在会使尾流风速恢复更快,一方面增加风电机组的产能,另一方面则会导致风电机组年损伤的增大和疲劳寿命的减小;2、从风电机组全寿命期产能的角度进行分析,附加湍流使风电机组全寿命期产能降低,并且随着机组间距的增加它对机组全寿命期产能的影响逐渐降低。4、本文综合考虑风电场尾流损失、风电场发电量、尾流区附加湍流、风电场建设及运维成本等多种因素,采用遗传算法对风电场机组的排布设计方案进行多目标优化。本文对风电场排布设计的多目标优化结果与单目标优化结果对比,单台机组平均年发电量增加了 7.01%,风电场的度电成本由0.321元/kW h降低到0.316元/kW-h,风电场的风能利用率由83.63%提高到89.49%,附加湍流由4.28%降低到3.22%。进行风电场布局优化研究时,考虑风电场度电成本和尾流区附加湍流的影响是十分必要的。采用本文提出的多目标优化方法能获得较好的优化结果,不同的优化布局结果较好的反映了不同风电场布局下的产能及投资成本差异,为风电场投资者提供了有价值的参考依据。