近年来,随着全球风电行业的发展,各国陆上和海上风电场的建设规模不断扩大。风电场中风机优化布局作为风电场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。在风电场建模中,风机的尾流模型对于风电场输出功率的估算至关重要。因此,本课题围绕风电场规划若干关键问题展开研究,着重对风电场中的尾流模型进行精细化建模,基于MATLAB软件进行仿真分析,主要研究内容如下:1)将一种相较于一维尾流模型更接近真实尾流分布的二维高斯尾流模型应用于含单种风机的风电场优化规划中。Jensen模型的推导基于质量守恒定律,没有考虑动量守恒,适用范围仅为远尾流区;Frandsen模型的推导基于叶素动量理论,考虑了质量守恒和动量守恒,适用于整个尾流区域,包括近尾流区和远尾流区,且经过大涡模拟数据的验证,高斯模型比一维的线性模型更接近真实的尾流数据。分别采用基于Frandsen模型的二维高斯尾流模型和Jensen尾流模型进行风电场规划,然后用高斯模型计算用Jensen模型优化得到的风电场布局下的目标函数,该目标函数值劣于直接用高斯模型进行优化得到的值,证明Jensen模型在风电场优化布局中的使用得到的并非最优解。2)在二维高斯尾流模型的基础上结合纵向的风切变效应,将一种三维高斯尾流模型应用于安装有单一种类风机和安装有多种类风机的风电场优化规划中,并与一维及二维尾流模型进行对比,验证其有效性。采用风洞模拟实验的数据,分别在风机下游特定距离处尾流的y方向和z方向上,将三维尾流模型与一维和二维尾流模型进行对比,验证其更接近于真实尾流数据。然后,分别针对安装有单一种类风机的风电场和多种类风机的风电场,在不同风资源情况、不同风电场尺寸和风机个数的实验条件下,对采用三维尾流模型进行风电场优化的结果从优化结果、求解时长等方面进行分析,并与一维和二维尾流模型的结果进行对比。实验结果表明,三维高斯尾流模型适用于风电场规划中,并进一步证明了混合安装多种风机有利于增加风电场的功率输出。3)建立了考虑环境影响的风电场与电网交互的双层优化模型。上层优化的场景为风电场内部规划,目标函数为最小化风电场的单位用电成本,约束条件中新增了风电场噪声约束;下层优化的场景为电网机组组合问题,目标函数为最小化常规机组的运行费用和污染物排放费用。上下层优化互相耦合,下层优化的结果是上层优化的变量之一。通过风电场接入电网后的潮流计算,及与电网中的负荷和常规发电机组的协调,得到风电场的最优配置容量和风机的最佳布局。仿真结果验证了所提模型的有效性,并证明了在风电场规划阶段不能忽略其所带来的环境影响。4)构建了风机微观选址和电缆布局的双层多目标联合优化模型。上层优化模型中的目标函数包括:最大化风电场日均容量系数、最小化风电场每日每小时输出功率的均方根、最大化风电场日利润率。下层优化模型包括两个子优化模型,分别确定风电场内电缆的类型及拓扑结构和电力系统中其他发电机的日发电计划。上下层优化互相耦合,实现了风机选址和电缆布局的同步优化设计。仿真结果验证了所提模型的适用性和有效性,并全面分析了影响风电场布局的主要因素。