由于化石能源的过度消耗和环境的日益恶化,清洁能源尤其是风能在能源中的占比逐渐增大。随着风电渗透率的增加,风电并网对电力系统的影响逐渐增大,因此迫切要求提高风力发电的可靠性和经济性。工程实践经验表明,风电场微观选址的失误导致的风电场运行增加的费用远大于风电场微观选址的规划费用,因此微观选址对于风电场的建设起到至关重要的作用。另一方面,电力杆塔与风电机组距离较近,风电机组的输入风速受到影响,进而削弱风电场的输出功率,降低了风电场风能利用率;另一方面,集电线路的布置方案影响到电缆的选型和长度,进而影响风电场的建造成本,因此有必要通过优化集电线路布置以获得经济最优的风电场建设方案。本文深入研究了杆塔绕流效应、风电机组和杆塔的微观选址方案,同时对风电场进行集电线路设计研究,建立了风电机组的杆塔绕流模型,综合考虑风电场中的尾流效应、山体地形和随机风向的影响,分析了风电场微观选址的微观选址方案并与实际风电场比较,并采用成本核算的方法对集电线路的方案进行评估。本文主要完成的研究工作有:(1)论述了风力发电的基本知识和风电机组的工作原理,基于风速随机性和间歇性的特征建立了风电场的威布尔风速概率模型,通过实测风速的统计值求解威布尔参数c和k,并通过计算风能特性指标得出平均风速和标准差法求解的Weibull参数能够更精确地模拟风电场的风速特性的结论。(2)基于山体地形的复杂程度建立了一种两山峰的贝尔模型,在分别考虑尾流效应和随机风向的情况下分析上述因素对风电场微观选址的影响,并将山西省某一风电场的实际输出功率与本文的微观选址仿真结果进行对比。结果表明,本文的微观选址方法与实际的风电场相比能够得到更好的风能利用率。(3)为了分析杆塔遮挡对下游风电机组迎风风速的削弱造成的风电机组输出功率降低问题,提出了一种基于亚临界雷诺值的杆塔绕流风速模型,该模型计及了尾流效应、山体地形、随机风向三个因素,研究了杆塔绕流对风电机组输出功率的影响,并将理论评估值与山西某风电场的实际监测数据对比。结果表明,在一些特定环境下,绕流效应对风电机组输出功率的影响不可忽视。(4)结合杆塔的风速绕流模型,建立了风电场中杆塔微观选址和电缆线路结合的集电线路设计模型,其中杆塔微观选址采用坐标模式搜索法进行优化,电缆布线采用k聚类算法和最小生成树法进行优化。以山西省某风电场的微观选址方案和风资源状况为实例,对该风电场的杆塔位置和集电线路连接方案进行了优化设计。