中国能源资讯网在继神器Openwind前两式秘籍风流模型WindMap和大型风电场尾流模型Deep Array Wake Model（DAWM尾流模型）之后，今日为诸侠揭秘神器Openwind第三大秘籍——风电场设计优化。
Openwind的优化功能有两种：
一是寻求最大发电量的优化思路
其优化动态过程如下图所示。在此优化中，不涉及成本，也不考虑道路、线路的规划，仅考虑了已输入的限制性因素（在下文中会对风电场设计常见的限制性因素进行举例）。Openwind就在给定的设置条件下求解最大发电量的风机排布方案。
此方法比较简单，其它某些风资源评估软件也有此功能，但由于在优化时仅考虑了发电量的最大化，而没有考虑相应的成本，会导致某些方案造价过高，不具备可操作性。
图 1 风机排布优化过程
二是寻求度电成本最低的优化思路
下图演示了度电成本优化的动态规划过程。在运行度电成本优化前，需要对道路、线路、升压站、变电站、风机等成本参数进行对应的设置，输入边界限制条件（如生态红线、基本农田、林地及居民区域等），然后Openwind就会在给定的参数约束下，求解度电成本最低的排布方案。
图 2 度电成本优化
优化算法说明
Openwind在优化开始前先计算当前排布下的风电场产能作为初始值，接下来Openwind将尝试迭代去寻找新的更好的排布，直到手动停止，或达到预设的条件：
（1）计算初始风机排布方案下的风电场产能，然后算法以此产能为初始值，尝试为每一个风电机组找到一个更好的位置；
（2）如果新的排布方案的优于之前排布方案，则用新的排布方案完全替代之前的排布方案，并将其作为下一次迭代的初始值；
（3）如果在上一轮迭代中，某个风电机组的移动使得方案更优，则让该风电机组本轮迭代中移动向相同的方向移动相同的距离。否则，对该风电机组的位置进行扰动。扰动时，产生两个服从高斯分布的随机数，来确定风电机组移动的位置。这样可以保证风电机组移动到距离当前位置较近的概率更大。如果找到的新的位置是非可行的，则重新扰动。若尝试次数大于设置的阈值，则不再尝试按此方式改变该风电机组的位置，并开启下一轮迭代，尝试另一种排布方案；
（4）如果新的排布方案不优于之前的排布方案，那么就放弃该方案，保留前次迭代的排布方案，并依旧使用前次排布方案作为初始值，开始新一轮的迭代。
简单来说，Openwind在优化的过程中，以当前阶段最优方案作为下一阶段的初始条件来进一步求解，每一次迭代都是以前一次迭代方案为基础进行的。对于度电成本优化来说，这个动态规划的过程就是对最大投资回报率的问题求解的过程。
COE模块设置
Openwind度电成本优化所涉及的成本设置有风机、道路、线路（升压站及变电站）、财务几个方面。Openwind可以根据输入的成本参数，对风机排布进行会优化，同时规划道路和集电线路，优化原则即在当前设定下，求解最低度电成本下的最优发电量风电场设计方案。
道路、集电线路和财务成本的参数设置都在COE模块中。
例如，新建道路图层并设置道路成本。可以新建一个Tree Layer图层并将其定义为Road，还可以将已有道路放置在该图层下作为子图层。当在道路成本页面设置了使用已有道路减少成本，那么在进行道路规划的时候，就会优先使用已有道路，当优化计算认为新建道路到风机比在已有道路附近选机位点更有价值，那么就铺设新的道路。
图 3 新建场内道路
同样也可以使用新建Tree Layer来新建集电线路，并设置其成本，升压站以及变电站的成本均在其属性中进行设置。
在财务成本页面中可以对一次性初始成本、年度费用、贴现率、内部收益率等等进行相应设置并用于度电成本优化。
图 4 风机成本选项卡
风机的特定成本是作为每个风机类型的一部分输入的，其输入在风机类>>Turbine Type设置选项卡，用于成本优化模块。每个风机的成本被分成两部分，以使一部分成本受到成本系数的影响。这两项成本一起代表了增加一个风机的总增量成本。总增量成本是否应该分摊取决于用户。“Periodic Costs Per Turbine”代表项目生命周期内的持续维护和部件更换成本。寿命是用年来衡量的；用户可以分别使用“+”和“-”按钮添加和删除新项目。
限制性因素
风电机组布置应避开基本农田保护区、沙化土地封禁保护区、军事区、文物保护区、自然保护区的核心区及缓冲区、Ⅰ级保护林地、森林公园、重要湿地、候鸟栖息地、候鸟迁徙路线、重要鸟类聚集区、一级饮用水源保护区、风景名胜区、压覆矿产区、机场以及机场净空保护区、电磁环境保护区、航道、锚地、渔业、沉船、生态红线等主要限制区域。
风电机组布置与铁路、省级及以上公路、输电线路、地面敷设的油气管道等设施的避让距离为自塔架根部外沿起至避让对象保护范围边缘，避让距离宜符合以下规定：
· 距离铁路、高速公路、220kV及以上架空输电线路不小于风电机组倒塔距离的1.5倍。
· 距离省级及以上等级公路、35kV以上架空输电线路、地面油气管道不小于风电机组倒塔距离的1.0倍。
风电机组布置与电力电缆、通信电缆和通信光缆的避让距离应自风电机组基础外边缘计算，避让距离应符合下列规定：
· 距离陆上电信设施不应小于10m。
· 距离宽阔海域海底电缆不应小于500m，距离海湾等狭窄海域海底电缆不应小于100m，距离海缆登陆点岸线不应小于50m。
风电机组布置应符合现行国家标准《声环境质量标准》GB3096-2008对噪声限值的规定。风电机组布置对阴影闪变敏感区域的影响时间每年不宜超过30h，每天不宜超过30min。（关于如何使用Openwind进行环境管理的内容，将在下一篇中进行介绍）
风电机组布置应避开滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷等地质灾害易发区域。
图层设置示例如下：
图 5 限制性因素图层逻辑设置
· 林地——山地风电场往往涉及林地。有些林地可以占用，有些则不能占用，例如国家级公益林。以与当地林业部门核实情况为准。在Openwind中，可以根据情况进行设置。如图5所示，该林地不允许占用，就需要在图层逻辑中设置为Outside，并且可以设置是否需要额外的间距。
· 基本农田——同样可以在Parent Logic中根据情况进行设置。如图6所示，在Display中可以对显示颜色可以进行设置，建议都有约定俗成的颜色，如林地用绿色，基本农田用黄色，生态红线用红色等。
图 6 限制性因素图层显示设置
其它可能需要避让的限制性因素：
· 坟墓——山地风电场在现场踏勘阶段往往会发现很多坟墓，是山地风电场选址其中一个重要的因素。因为涉及到人的因素，处理也相对复杂，在风电场建设过程中，更多的业主采取的措施是避让处理。因此在踏勘过程中，尤其是风机点位附近的坟墓则作为重点关注对象，避让处理，以免后续建设过程中出现不必要的麻烦。
· 寺庙——寺庙这个因素往往不会或者极少会发生在平原风电场中，但是山地风电场则有很大概率遇到。尤其寺庙还涉及到宗教等敏感因素，因此在现场踏勘时，如遇到寺庙，一般情况下均采取避让措施。
· 文物——文物作为一项重要的限制性因素在山地风电场中较多，尤其是长城、烽火台等因素。因此在现场踏勘时，要注意此类因素。即使疑似文物，也要重点记录，并在后续阶段进行重点复核，以免影响风机点位的选择。对于确定的文物，则需要按照当地职能部门的相关要求进行避让。
· 地质灾害——山地风电场相比平原风电场，由于地形地貌以及地质原因，地质灾害发生的频率远超平原风电场，例如滑坡、塌方等。因此在现场踏勘的过程中，对当地地质灾害的情况需要进行了解，现场踏勘就是最直接的方式。对这些地质灾害区域进行避让，若无法避让则需要采取处理措施，避免影响后续风电场的运行安全。
限制性因素图层作为风机图层的子图层，在风机图层中需要相应进行逻辑设置：
图 7 风机图层子图层逻辑设置
以上所有用于优化排布的图层，均需要放在风机图层下作为子图层并设置其相应的逻辑关系，然后才可以用于优化计算。
到此为止，Openwind的主功能就介绍完全啦！但是Openwind中还有许多实用的功能还未能一一分享，比如环境管理，比如成行成列排布，比如尾流迹线可视化生成，又比如等效叶轮风速、降噪模式等等！
