考虑尾流效应及连接架构的风电场等值方法研究北大核心CSCD

对大型风电场进行完整的仿真分析会消耗巨大的时间成本。文章提出了一种基于尾流效应和连接架构的风电场等值法,考虑了风机位置对输入风速的影响,最大程度地保留了原有结构和性能,建立了简单准确的等值模型。分析了容量加权法的误差及原因,提出了根据风电场连接架构对风机群进行考虑尾流效应的分组方法,并通过容量加权法对分组进行参数聚合。通过Matlab/Simulink建立仿真模型,结果表明,所提模型的各项性能在不同风向下均能与原模型性能相近,具有较高的精确度和适应度。     

考虑风速风向联合概率分布的风电塔筒结构风致疲劳寿命评估

针对风向对风力机塔筒疲劳产生影响的问题,基于实测数据对考虑风速风向联合概率分布的风电塔筒结构的风致疲劳寿命展开研究。首先结合甘肃安西地区37 a的实测风速风向数据,给出风速风向联合概率分布。然后利用主S-N曲线法分别对不同风向和不同风速下风力机塔架结构法兰及门洞区域的响应规律进行分析。最后考虑风速风向联合概率分布,对风电塔筒结构风致疲劳寿命展开研究。结果表明：门洞朝向与风轮朝向的夹角变化和风速的改变均对风电塔筒的风致疲劳寿命有一定影响,其中门洞朝向与风轮朝向夹角为225°时疲劳寿命最长,风速为10~14 m/s时疲劳寿命变化幅度最大;考虑风速风向联合概率分布能更准确地计算风力机结构的风致疲劳寿命,且以此为依据对门洞朝向进行调整可延长其疲劳寿命,因此建议对风电塔架进行设计时,应考虑风电场所在地区的风速风向联合概率分布。     

计及随机波动风速、风向的风电场建模方法研究

提出风电场建模方法建立风电场随机模型,对风电场运行特性进行仿真,为实现大规模风力发电的可预测、可控制目标服务。通过对风电场等值模型与详细模型的仿真比较,验证建模方法的合理性,并得出在研究风电场动态特性及其对电网影响时应考虑风速、风向的随机波动建立风电场模型。     

风电场尾流效应模型研究

以风电场内风速分布为研究对象,采用Abramovich射流理论建立风力机全场尾流模型(简称AV尾流模型),确定单台风力机的尾流影响边界;计及风电场拓扑、风速、风向变化等因素建立风电场尾流效应模型。通过对某风电场尾流模型仿真研究,得出风电场拓扑、风电场输入风速、风向对风电场尾流效应的影响规律,进一步确定风电场内速度分布,为风电场建模和动态特性研究服务。     

风速波动时风电场动态特性分析

为了分析风速波动时风电场的电压特性,建立了考虑风机组尾流效应的风机输入风速模型及考虑风机输入风速不同的风电场动态模型,并对风电场采用不同模型时风电场的输出进行仿真比较,结果表明在分析风速波动风电场动态特性时,采用考虑风机间尾流效应和风电场内机组排列布置的风电场模型能够相对准确地反映实际风电场的动态特性,而采用不考虑风机尾流效应的风电场单机模型,夸大了风电场对系统的影响.同时对风电场分别采用恒速风电机组和双馈变速风电机组时的输出特性进行仿真,分析了以上两种风电机组的无功电压特性.     

风对南水北调东线工程东平湖输水流场影响的模拟

在东平湖正常设计调水条件下,借助于SMS地表水软件,根据东平湖地形、植被覆盖和调水流向等特征对东平湖进行网格划分,建立了二维水流模型,研究了不同风速、风向对东平湖输水流场的影响。结果表明,当湖区风速为3m/s(一般天气)时,风速、风向基本不会对东平湖输水流场产生影响;当湖区风速达10 m/s(极端天气)时,风速、风向对东平湖输水流场的影响很小,引起的湖水位变幅在5%以下。可见在正常设计调水条件下,风生流对东平湖湖区流场的影响可以忽略,在模拟研究湖区水质(溶质类污染物)时可以不考虑风的影响。     

主导风向对直接空冷凝汽器换热效率的影响

采用SIMPLE算法和k-ε模型,对2台600 MW直接空冷机组的空冷岛外部流场进行了数值模拟,分析了不同主导风向对空冷岛外部流场及空冷凝汽器换热效率的影响,探索了机组换热效率最高及最低时主导风向的范围.结果表明:在同一主导风向下,风速越大,换热效率越低,当风速从3 m/s增大到9 m/s时,换热效率降低了14.3%;在相同风速条件下,当主导风向与空冷平台夹角成135°～150°或者30°～45°时,空冷凝汽器的换热效率最高,当风向角在270°附近时,效率最低,两者效率之差达8.7%.     

基于热稳定度风向标准差法的风速外推模型研究

针对风能评估中外推轮毂高度处风速的问题,分析了高层风切变指数特性,建立了基于风向标准差法的风速外推模型。该模型首先剔除小于3 m/s的低风速数据及大于25 m/s的高风速数据,再利用风向标准差法对该地区风资源进行热稳定度分类,计算相应的风切变指数,并进行轮毂高度处风速推算。计算结果表明,相对于没有进行数据筛选的计算模型,推算精度提高了5.46%,加强了风能评估的准确性,对风电场的风资源评估具有一定的指导意义。     

风速及风向对舰用燃气轮机进气流量的影响

本文在一大型低速风洞上,用实验的方法模拟了在舰用燃气轮机上,风速及风向对进气室流量的影响,得出了模型上风速及风向对进气流量的影响规律,以及两台燃气轮机气室在不同风速及风向下进行气流量的差别。模型上真实模拟了烟囱及上层建筑与进气口的相对位置,对实验所得结论从机理上进行了详细的分析。     

不同风向扇区相关对风资源评估中数据订正的影响

以内蒙古地区某风电场风资源分析为例,探讨采用常规的16风向扇区风速相关方法和简化后的8风向扇区和4风向扇区方法对代表年风速的订正所产生的误差情况,结果表明:4风向扇区风速相关性优于8风向扇区风速相关性,两者又都优于16风向扇区风速的相关性;采用4风向扇区和8风向扇区风速相关性进行修正得到的代表年月平均风速的结果与16风向扇区风速的相关性进行修正得到的代表年月平均风速的结果一致.     

风电场脉动风模拟及风机塔架动力响应研究

为掌握风载作用下风机结构的动力学特性,采用Davenport脉动风功率谱,基于Shinozuka理论模拟某沿海风电场的脉动风速谱;采用Shiotani简化表达式,以相关系数矩阵考虑脉动风竖向相关性,推导空间脉动风随机过程表达式.建立风机塔底固接和考虑桩基刚度的两种有限元模型,计算自振特性和模拟风载作用下的动力响应.结果表明,该模拟方法能较好地反映风电场实际风况;风机结构自振周期与脉动风变化周期处于同一量级,两者接近时易产生顺风向振动和涡激振动;结构的低阶振型对风致动力响应有重要影响;考虑脉动风效应后,作用于风机上的风荷载和动力响应显著增大.该文成果为进一步开展风机结构的疲劳评价、振动控制及破坏分析奠定基础.     

基于参考风电机组的风电场宏观选址资源评价方法

以风电场宏观选址中风能资源评价方法为研究对象,首先考察了不同风电机组的能量转换性能,根据风电机组能量转换性能相似的特点,提出参考风电机组的概念。接着,以发电量为衡量标准,提出将参考风电功率密度作为风电场宏观选址中风能资源评价的指标参数,并给出了该参数的计算方法;通过对实际风电场理论发电量的估算,验证了该指标的可行性。最后,结合风电场容量系数与参考风电功率密度的关系,给出了风电场风能资源的等级划分标准。该文提出的风能资源评价指标和标准,为风电场宏观选址时进行风能资源评价提供了一种具有可操作性、相对简单的实现方法。     

风力发电实验用模拟风力机

在风力发电机控制、风力机最大功率点追踪控制(MPPT，Maximum Power Point Tracking)等相关的研究中，风力机是必备的实验设备，但是，在没有风的情况下，或在实验室，就无法进行这些实验和研究。作者开发了一种模拟风力机，有了它，就可以在实验室随心所欲地进行风力发电的初期实验研究工作，从而缩短研发的周期和减小实验研究的费用。首先用6次多项式来拟合风力机的转矩特性曲线。然后根据当前的风速和风力机转速来计算风力机的转矩，将此转矩作为转矩指令控制感应电机来模拟风力机，感应电机通过控制逆变器来驱动。最后，给出了用此模拟风力机所做的MPPT实验研究结果，验证了该模拟风力机的良好特性。     

风电场中多台风力机的数值模拟

将NREL 5 MW风力机作为基本机型,使用致动线模型和大涡模拟相结合的数值方法,在中性大气边界层中模拟含有多台风力机的风电场。为了模拟风电场的复杂入流条件,首先模拟体积为3000 m(长)×3000 m(宽)×1000m(高)的大气边界层,并对模拟结果进行验证,结果表明:在覆盖逆温层以下,不同高度处的位温不变,平均风速满足剪切特性,脉动风速满足湍流谱特性;然后,分析了致动线模型中风轮直径上的网格节点数量(N)和高斯分布因子(ε)的取值规律,发现ε以网格尺度(η)为自变量取值时,N越大,η的系数越大,当N取63时,η的系数可取2或3,但N取25时,η只能取1.2;最后,使用致动线模型在大气边界层中布置8台风力机,模拟风电场,并对风力机间的相互干扰进行分析,发现第一排风力机功率明显大于其他风力机功率输出,占风场总功率输出的40.3%。     

基于风剪切和塔影效应的风力机风速动态建模

在对三桨叶上风向水平轴风力机的风剪切和塔影效应深入分析的基础上,得到了整个风轮扫掠面上的风速动态模型.并考虑了轮毂高度、轮毂风速、风剪切系数、叶片半径、塔架半径、悬垂距离等参数对计算模型的影响,对一台2MW风力机进行了计算和对比分析,为深入研究风力机的独立变桨、功率控制、疲劳、动力稳定性等奠定了基础.     

风力机风场模型的研究及紊流风场的MATLAB数值模拟

讨论了风剪、塔影和尾流对风场平均速度的影响,介绍了随机理论中离散随机序列与其功率谱、傅立叶谱的关系,研究了紊流风场模型中常用的几种典型的速度功率谱密度模型如Harris速度谱、Kaimal速度谱、Von Karman速度谱等模型。根据随机理论,确定利用速度谱求风速的紊流部分的算法,并用MATLAB编程实现了风力机紊流风场的数值模拟。     

风速差异条件下的风电场自适应频率响应控制方法

提出一种适用于大型风电场的自适应频率响应控制方法,使风电场能参与电力系统频率调节。低频事件发生后,每台风电机组的下垂控制系数均根据其本地实时风速和功率裕度呈反比例自适应调节。高频事件发生后,每台风电机组的高频响应控制增益随其本地实时风速自适应调节。由此,风电场频率响应支撑功率可自适应的在多台风速各异的风电机组之间实现合理分配。该方法充分考虑频率响应过程中多台风电机组之间的风速差异,不仅可提高风电场整体的频率响应能力,而且可确保频率响应过程中每台风电机组的稳定运行。在Matlab环境下进行相关仿真实验,结果验证了所提控制策略的有效性。     

一种新型聚能-遮蔽型立轴风力机

提出了一种适合任意风向的新型聚能-遮蔽型立轴风力机,并应用计算流体力学方法,对这种风力机的气动性能进行了数值模拟.研究表明:这种新型立轴风力机比传统的立轴风力机的风能利用率有显著提高.此外,该文还采用了正交优化设计方法,对这种立轴风力机的结构参数进行了优化设计,得到了一组最优的设计参数,该最优设计参数下风力机的风能利用率达37%.     

浓缩风能型风力发电机自动迎风控制系统

浓缩风能型风力发电机具有起动风速低，单机输出功率大，风能利用率高，度电成本低，安全性好等优点，文章针对其特有的形体流场设计了一套可以编程控制器IP612为主控单元的自动迎风控制系统，并能过大量实验此系统能够实现运转平稳，自动切入，准确对风等功能，并且高效节能。