基于WRF-Windsim中微尺度耦合技术的风资源精细化评估研究

常规风资源评估方法较多采用假设入流风廓线的微尺度模型,较少考虑风电场内风流动受宏观大气环流影响的问题,基于中尺度数值天气预报模式(weather research forecast,WRF)和微尺度计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)模型,探究中微尺度耦合的风资源精细化评估方法的内在逻辑和工程应用的适用性。首先,在理论原理的研究基础上,构建从WRF模拟结果中提取微尺度建模计算边界附近风速廓线的方法;其次,在CFD软件Windsim中通过网格嵌套实现边界层内的降尺度模拟,建立WRF-Windsim的中微尺度耦合模型;最后,以宁夏海原某复杂地形风电场为实例开展水平分辨率35 m×35 m的风资源数值模拟实验,采用多测风塔互推对WRF-Windsim的模拟数据进行验证分析,并完成风资源图谱绘制和发电量测算。计算结果显示,WRF模拟结果可以有效改善优化微尺度CFD的入流边界条件,降低风资源评估的误差。     

NCEP气象数据结合SRTM地形数据的高海拔山区风资源评估方法

在进行高海拔山区风资源评估时,由于山区复杂的地形条件,很难从当地气象部门获得足够的风速实测数据。为了解决高海拔山区风电场宏观选址中风资源数据稀缺的问题,以美国国家环境预报中心（national centers for environmental prediction,NCEP）发布的气象数据和航天雷达地形测绘计划（shuttle radar topography mission,SRTM）获取的地形数据为数据源,选用了反距离插值法和地形权重插值法,生成考虑和不考虑地形因子的2套风速模拟数据,并将其与实测数据进行比较,探讨适用于高海拔山区的风资源评估方法。结果表明,利用地形权重插值法得到的复杂地形风速模拟数据,与云南省实测风速更吻合。因此,在当地气象资料不全时,利用NCEP气象数据结合SRTM地形数据进行风资源评估能在一定程度上满足高海拔山区风电场宏观选址的需求。     

交叉山脉地形下的山谷平均风速特性研究

复杂的地形山脉会影响山区的平均风场特性。根据真实地形建立交叉山脉的参数化简化模型,并定义其地形参数,采用数值仿真技术模拟不同风向角下该地形的平均风场,重点分析不同地形参数对交叉山脉山谷线区域总风速比的影响,在此基础上提出了山谷线区域总风速比的简化经验公式。研究结果表明,提出的简化地形能近似反映真实交叉山脉的山谷风场特征;来流沿着子山脉的风向为山谷线区域的不利风向;山谷线区域的总风速比沿海拔高度大致呈线性变化;子山脉坡度和山谷夹角增大均会减小山谷山脚处总风速比,增大山谷山顶处总风速比;数值仿真验证了提出的总风速比经验公式具有一定的合理性,可为实际工程设计提供参考。     

SRTM数据在山地风电场风资源评估中的应用

在风资源评估过程中,高精度地形数据通常较难获取,寻找一种可替代数据变得非常重要。针对风资源评估中经常存在的地形测绘和地表状况考察困难的问题,以云南高海拔复杂山地风电场-DGS风电场为应用案例,尝试将90 m分辨率的SRTM地形高程数据用于绘制Meteodyn_WT软件所需的电子地形图,并分别采用SRTM数据绘制的地图与实测1∶10 000的高斯地图所得到的风资源评估结果进行对比分析,得出SRTM数据可用于高海拔复杂地形的风资源评估的结论。     

内蒙古风资源分析及评估

风资源的评价不应当只有风速、风向、空气密度等常规指标，还应评估风的质量。因此，风资源数据与实际项目之间会产生较大误差，导致年平均大风状态小出力的发生。正确的评估方法是将不同数据结合并将同组数据进行相关性分析，使之更符合实际，为风场开发提供翔实的依据。     

风能资源评估系统软件开发

基于我国丰富的风能资源和国内复杂地貌地形和气候条件,研制了一套符合中国国情的风资源评估软件,旨在为我国风能资源评估提供技术手段。该软件根据各地实际风速分布的不同情况采用了相应的拟合较好的风速分布模型,使我国风资源评估具有较高的准确性。本系统除具有常用软件对风速的年变化、月变化、日变化以及风速风向频率的分析功能外,还可结合具体型号风力机功率曲线估算某拟建风场的发电量,最后在以上分析的基础上做出该拟建风场的经济分析。文中把本系统试验结果与德国WPL53最新版本的风资源评估软件对同组数据进行分析的结果进行对比,比较结果证明了本系统的正确性。这可表明解决了我国特殊地形下的风资源评估问题,将为我国风电场选址和风资源评估提供参考依据。     

海上风力发电塔脉动风速时程数值模拟

为了分析海上风机结构在时域内的风振动力反应,进行了脉动风速时程数值模拟研究。根据风机结构体型特征和脉动风功率谱特性,研究了叶片与塔架风场的相干性效应,提出考虑叶片与塔架相互影响的谐波叠加法(harmony superposition method with blade-tower interaction,HSM- BTI)。通过该方法对风机结构随机风场的脉动风速时程进行数值模拟,并对计算功率谱与目标谱进行校核,验证了HSM-BTI方法对风机结构脉动风速时程模拟的适用性。     

特高压输电塔龙卷风荷载特性的数值模拟

采用计算流体动力学（computational fluid dynamics,CFD）数值模拟方法研究了龙卷风作用下特高压输电塔的风荷载特性。通过建立龙卷风风场的CFD数值模型，验证了龙卷风风场结构的合理性。进一步建立特高压输电塔的精细化数值模型，重点分析了风场中不同位置和不同风向角下输电塔各塔段的体型系数。研究结果表明：输电塔上部第1～4塔段在距离龙卷风风场中心1.5D(D为核心半径)处所受风荷载最大，下部第5～9塔段在距离龙卷风风场中心1.0D处所受风荷载最大；输电塔整体在距离龙卷风风场中心1.0D处所受风荷载最大。随着与龙卷风中心距离的增大，输电塔整塔横向风载系数最不利风向角从60°增大至90°，纵向风载体型系数最不利风向角在0°～30°范围内变化。在距离风场中心1.0D和1.5D处，输电塔整塔风载体型系数模拟值要大于规范值。     

覆冰影响的南方山地风电场风资源评估方法

风资源评估是风电场建设、 运行的重要环节,风力机叶片覆冰会导致叶片载荷增加,发电功率降低,影响风资源的正确评估,造成计算值与实际发电量误差大.以南方某山地为对象,研究结冰影响的风资源评估方法,开展地形模拟以及风场特性分析,得出微观选址结果并分析结冰与无结冰条件下的经济效益.运用WindSim软件评测某地的风资源情况,结果显示该山脉海拔在570 m左右,最高处分别在几个区域内出现,走势相对缓和,且坡度不大,速度分量、湍流动能、湍流损耗率和湍流频率的点值趋于稳定,残差值收敛于0,说明风流稳定,适合建立风电场,风能资源相对较好,具有一定的开发价值.本文的研究可为该地风电场的建设提供一定的参考价值.     

基于修正风速的风电并网运行弃风电量评估

弃风电量评估是风电并网安全稳定运行的基础,从风能利用系数函数出发,对测量风速进行了修正,并对某风场的弃风电量进行了评估。首先从弃风电量评估的重要性出发,阐述了弃风电量评估条件及相关标准;然后根据弃风电量评估要求对弃风电量评估进行了理论分析,得到弃风电量计算模型,该模型主要通过风能利用系数来修正风速进而计算理论与实际电量;最后通过实际风场的数据计算得到弃风电量数值,为风电并网的进一步研究提供了理论依据。     

Matching wind turbine generators with wind regime in Egypt

This paper presents a novel method of matching wind turbine generators to a site using turbine performance index (TPI) in conjunction with minimum deviation ratio (DR) between rated speed of wind turbine generator (WTG) and optimal speed and resulting in minimum cost of energy (COE). The methodology allows yielding higher energy production at higher capacity factor and minimum cost of energy. The wind speeds are parameterized using cubic mean cube-root and statistically modeled using Weibull probability density function. Normalized power (P_N) and capacity factor (CF) are expressed entirely in normalized rated speed. The plots of P_N, CF and TPI versus normalized rated wind speed are drawn for known values of Weibull parameters of a site. The proposed methodology for identifying optimum wind turbine generator parameters for two sites with installed WTG and two candidate locations for installation of WTG in Egypt are examined. The cost of energy (COE) and capital cost of WTG under different tower heights at the sites are also determined. The proposed methodology, if used at the planning and development stages of wind power stations, will serve as useful tool to make a judicious choice of a wind turbine generator that yields higher energy at higher capacity factor.     

变速变桨距风电机组的高风速变桨距控制

变速变桨距风电机组由于主要部件风轮机的高度非线性,导致在高风速下不能用常规的PI控制变桨系统.为解决该问题,对变速恒频顺桨调节类风电机组工作点进行了分析和研究,在高风速情况下采用了根据桨距角度的分段 PI 控制方式,在该方式的控制下,风轮机的变桨过程既能保证不同角度下的快速调整,又能保证 PI 控制系统的稳定性;并且最终通过自建的小功率风电试验平台,验证了分段 PI 控制方式的实现效果.试验数据验证了分析结果的正确性.     

A globally convergent wind speed estimator for wind turbine systems

An estimator of the wind speed of a wind turbine coupled to a generator is proposed in this paper. Wind speed enters into the generator dynamics through a highly nonlinear function; hence, we are confronted with a difficult problem of estimation of a nonlinearly parameterized system. To solve this problem, we use the technique of immersion and invariance, recently introduced in the literature. It is assumed that the rotor speed and electrical torque of the generator are measured, which is the case for the machines typically used in this application. The result is of interest for the design of controllers of maximum power extraction, where the knowledge of the wind speed is necessary to express the control objective as a speed tracking problem. Detailed computer simulations are presented to assess the performance of the proposed estimator.Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

风能资源及测风数据整理技巧

风电场区域范围内的风能资源蕴藏状况，是开发风力发电项目最基础的组成因素，能否充分地掌握其完整而可靠的资料，将是工程顺利的保证，项目成功和避免投资风险的关键所在。然而，预选风电场的风能资料，必须经历布点测风、数据(包含场外相关资料)收集、分析整理和汇总过程。如果某个环节出现缺陷和差错，资料的可靠性即将降低，项目的风险就大大增高，这是人们不愿意看到的结果，为此，从定义、要求、不利因素及技巧方面进行讨论，期望从根本上提高风力发电项目的可靠性和项目效益。     

考虑风电场布局以及风向角的风电功率预测

指出在对风电场功率进行超短期预测时,将风电场所有机组等值为一台机进行整体预测的不足之处,并通过预测实例的对比,验证了机组的不同布局方式对整体预测功率的影响。建立了考虑风向的风电场超短期功率预测模型,通过预测实例,证明风向对风电场整体功率出力具有较大的影响,显示出在进行风速预测的同时应进行风向预测以提高功率预测精度的重要性。     

Simulation of correlated wind speed and power variates in wind parks

In this paper, we develop a simulation procedure to generate realistic, synthetic wind speed variates for wind parks. These wind variates are defined by their marginal Weibull distributions and their auto- and cross-correlations only. In order to deal with these two types of correlation simultaneously, a vector auto-regressive (VAR) model is used. Power output variates are obtained by applying the nonlinear turbine power curves to the correlated wind speed samples. The complete procedure is illustrated through a numerical example with a few turbines. A comparison is established between real wind time series from a wind park and synthetic wind variates simulated with similar, estimated underlying parameters.     

风电机组风速功率特性曲线建模研究综述

风速-功率特性曲线是风力发电机组设计的基础,也是考核机组性能、评估机组发电能力的一项重要指标。介绍风速-功率特性曲线的定义、概念和基本特点,分别从参数方法、非参数方法、离散方法、随机方法 4个方面详细阐述风速-功率特性曲线建模的实现方法。分析建模精度的评价方法,提出目前风速-功率特性曲线建模遇到的问题以及需要进行深入研究的发展方向。     

基于风速升降特征的短期风电功率预测

为提高短期风电功率预测精度,提出了基于风速升降特征的短期风电功率预测方法。该方法分析风速上升或下降对风力发电的影响,根据风速升降特征,为风速添加标记值,增加训练样本维度,从而提高功率预测精度。用上海某风电场2014年9月至2015年9月数据对算法进行验证,并对比最小二乘支持向量机(LSSVM)、极限学习机(ELM)、遗传BP神经网络(GA-BP)三种方法的预测结果。实验结果表明,在风电功率预测中引入风速升降特征能够明显提高了模型的预测精度,适合风电场的短期功率预测。     

风电技术对风电产业发展的影响

大规模的利用风能等可再生能源已成为世界各国应对气候环境变化的重要议题。从16世纪人类利用风能抽水碾磨到21世纪利用风能发电、从单桨叶风电机组到多桨叶风电机组、从垂直轴风机到1957年第一台丹麦200kW的三桨叶上风向水平轴并网风电机组的诞生．人类利用风能的水平发生了翻天覆地的变化。     

风电场测风数据分析中有关问题的探讨

通过对大量测风数据的计算分析,对其中发现的问题进行了阐明。