基于尾流风速场风速矢量计算的风电场输出功率优化模型

针对尾流效应在风电机组之间产生影响的问题,为了更加合理利用风能,增加风场的输出功率,在风场面积不变的前提下对风场内风电机组进行布局优化,根据风场实际仿真数据训练建立尾流风速场风速矢量计算模型和尾流影响区域风速计算误差函数,迭代计算尾流区域的风速矢量最优解;然后,基于改进粒子群算法对粒子群进行参数密度熵分簇优化,对不同种群进行寻优,计算出最优的风场布局排列,提高计算机的计算效率;最后,通过CFD生变化时,模型能够计算出尾流效应区域的风速矢量,仿真结果及分析证明模型和优化算法的正确性。     

风力机三维尾流模型的提出与校核

针对大型风力机叶轮范围内风剪切效应突出以及当前工程尾流模型局限于二维空间而忽略垂直方向风速变化的问题,该文综合考虑风速和湍流强度切变效应对尾流的影响,在前期所发展的二维2D_K Jensen尾流模型的基础上,提出一种新型三维尾流模型。之后,新模型被应用于多种工况条件、多种类型的风力机尾流计算中,较为全面地验证其精度及适用性。通过与外场实测和其他高精度数值模拟的结果进行对比,表明新模型对流向、横风向和垂直向的尾流速度均具有良好的预测精度,将来可应用于大型风电场发电量评估和微观选址工作。     

基于叶素理论的非稳态风轮转矩模型

基于叶素理论,建立在风剪切、风尾流以及塔影效应影响下5 MW风力机叶片转矩特性数学模型,采用分段差分方法拟合风力机升力系数和阻力系数,采用动态尾流模型和差分算法计算诱导速度,通过设定风速得出了叶轮转矩、机械功率等仿真结果,仿真结果验证了理论分析的正确性。研究结果对独立变桨控制器的设计具有参考价值。     

基于致动线和大涡模拟的不同入流风况下的风力机尾流特性研究

风力机的尾流效应是风电场规划与设计中需要考虑的重要因素之一,准确评估风电场的尾流效应对于风电场微观选址、保障机组运行安全、提高风电场经济效益有着重要的意义。文章以NREL 5 MW风力机为对象,基于致动线和大涡模拟方法,研究其在均匀入流和切变入流等不同风况下风力机的尾流特性,入流风况分别为在不同风速下的均匀大气入流和在不同地表粗糙度情况下的切变大气入流。研究结果表明:入流风速增大,尾流区螺旋状叶尖涡的涡间距增大,尾流速度恢复的距离越长;地表粗糙度长度增加,在塔筒竖直方向内相同高度对应的风速减小,导致塔筒产生的阻力减小,风力机塔筒形成的涡更容易发生脱落和破裂,进而导致脱落涡的涡量值增加。研究结果有助于准确地理解风力机尾流发展变化规律,为风电场微观选址、风力机功率预测等工作提供理论支持。     

水平轴风力机三维全尾流模型推导及验证

为进一步了解整个尾流区域的速度衰减空间分布特征，提出一种三维全尾流模型。首先，采用高阶高斯函数预测尾流剖面，其在近尾流区由顶帽形演变为远尾流区的高斯形；其次，考虑风切变效应，引入风切变入流与均匀入流的风速差；此外，考虑到尾流膨胀的各向异性，在垂直方向和水平方向采用不同的尾流膨胀系数；最后，通过风场实验验证所提三维全尾流模型的准确性，结果表明所提出的全尾流模型预测的相对误差基本在5%以内，能够较好地预测整个尾流区域的三维分布。     

采用时间序列预测风电场出力

基于时间序列的方法,采用自回归滑动平均(ARMA)模型进行短期风速预测;考虑风力发电机组排列布置时尾流效应的影响、风电场址地面粗糙程度、空气密度、风向变化以及不同型号风机功率特性的差异等因素,采用Jasen尾流模型建立了大型风电场的综合模型。结果表明,合理的风电场布置方案有利于减小尾流效应的影响,从而提高风电场出力。     

基于物理原理的风电场短期风速预测研究

对符合功率预测要求的短期风速预测进行研究,提出了基于物理原理的预测方法,该方法以数值天气预报(Numerical-Weather-Prediction,NWP)风速为输入数据,采用粗糙度变化模型与地形变化模型反映风电场局地效应对大气边界层风的影响;通过与不同风况下的实测风速进行比较,表明预测结果基本能满足预测精度的要求,但预测准确性会随风速变化剧烈程度的增强而有所降低;根据误差分析,NWP风速的准确性是影响预测结果的最主要因素。     

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。     

风电功率波动特性定量刻画及应用研究

为能够准确地描述风电功率的波动特性,该文利用勒贝格积分构建简单有效的采样损失率作为衡量风电功率时间序列波动性的指标,采样损失率越大,风电功率波动越剧烈;采样损失率越小,风电功率波动越平缓,并通过风电功率预测结果证实了该指标的有效性。该文还利用该指标对风电场内部平滑效应进行研究,重点研究风速对平滑效应的影响以及平滑效应的季节性。得出结论:风速是影响风电功率平滑效应的重要因素,风速越大,平滑效应越显著。平滑效应具有季节性,春季和冬季的平滑效应较夏季和秋季的平滑效应更显著。     

基于RBF-BP组合神经网络的短期风电功率预测研究

为提高风电输出功率预测精度,提出一种基于RBF-BP组合神经网络模型的短期风电功率预测方法。在考虑尾流等因素影响的基础上,对风速进行预处理。根据相关历史数据,建立RBF-BP组合神经网络短期风电功率预测模型,对风电输出功率进行预测。仿真分析结果表明,该预测方法能有效提高风电输出功率预测精度。     

基于BEM与CFD数值模拟的风力机叶片气动性能分析

为阐明转子叶尖损失效应以及动态失速效应对风力机气动性能预测的影响,文章采用计算流体力学(CFD)以及叶素动量理论(BEM)两种方法分析预测了不同风场条件下的叶片气动性能,研究了三维旋转效应下叶片表面的非定常气动特性。结果表明:在离心力和科氏力作用下,叶片吸力面发生流动分离,随着风速的增加,失速区域逐渐增大;叶片翼型截面前缘吸力侧受风速影响较大;在非定常来流条件下,叶尖部位尤其是前缘对来流敏感程度较高。通过不同叶尖损失校正模型对叶片载荷的预测结果对比可以看出,针对BEM进行的叶根叶尖修正计算结果更接近于CFD模拟结果,但是,在叶根和叶尖部位仍存在一定偏差。     

低空急流条件下水平轴风力机风轮气动特性的研究

为阐明低空急流条件下风力机风轮的气动特性,基于工程化的边界层风速模型和Von Karman谱模型建立不同来流的脉动风场,对比研究低空急流条件下NREL 5 MW风力机风轮的输出功率和气动载荷的变化规律。结果表明:如果仅以轮毂高度处的风速作为风力机变桨控制的依据,与均匀来流和剪切来流相比较,低空急流条件下,虽然来流风功率明显增大,但风轮的输出功率在较高风速时反而减小;风轮所受的不平衡气动载荷,包括横向力、纵向力、偏航力矩和倾覆力矩在较高风速时小于剪切来流的结果;且仅以轮毂高度处的风速预测得到的风轮输出功率高于实际结果,其最大相对误差为89.4%。因此,低空急流条件下,为提高风能利用率和风轮输出功率的预测精度,应考虑不同高度位置处的风速大小对风力机进行变桨控制和功率预测。     

锥形布风板双循环流化床颗粒循环流率研究及预测

在锥形布风板双循环流化床冷态装置上,研究了提升管风速、气化室风速、物料质量和颗粒粒径对提升管颗粒循环流率的影响,并与水平布风板的结果进行了对比．利用3种改进的BP神经网络算法建立模型来预测循环流率．结果表明：提升管颗粒循环流率随着提升管风速和气化室风速的增大而增大,当风速达到一定值后,增大趋势逐渐平缓;循环流率随着物料质量的增大基本呈线性增大,随着颗粒粒径的增大而明显减小;锥形布风板比水平布风板更具优势,同样条件下可以增大循环流率;BFGS拟牛顿算法的预测效果最佳,其颗粒循环流率预测值与实验值的最大相对误差为7．7035％,平均相对误差为3．5943％．     

垂直轴风力机三维尾流模型的研究

基于流量守恒，提出一种H型VAWT的三维解析尾流模型，该模型考虑了风切变效应，并采用多元高斯分布。首先，通过风洞试验及大涡模拟数据进行模型验证，结果表明在x/D> 3的远尾流区，横向剖面的相对误差小于2%，垂向剖面的相对误差小于3%。然后，从下游4个位置(x/D=3、6、9、12)、3种推力系数(C_T=0.6、0.7、0.8)、4种风切变指数(α=0、0.1、0.15、0.2)、两种湍流强度(I₀=5%、8.3%)下演示了一系列预测结果，结果显示该文模型能有效地描述尾流风速的空间分布。由于考虑了高度影响，该模型可用于风力机轮毂高度的优化及风电场的布局优化，有利于提高风电场的功率输出。     

基于风剪切的多风轮风力发电系统叶片载荷研究

搭建由10个50 W水平轴风力机组成的多风轮发电系统,并对该系统所在位置风剪切系数进行测试。基于叶素理论建立水平轴风力发电机叶片载荷简化计算公式。在同样的风剪切条件下,计算总功率为500 W单风轮风力机和多风轮风力发电机的叶片载荷,考察叶片方位角、风轮半径、风力机安装高度、风剪切系数和风速对叶片载荷的影响。结果表明,风轮半径越长、风力机安装高度越低、风剪切系数越大,叶片旋转过程中载荷变化越大;用多个小型风力机取代单个大型风力机可有效减小风剪切的影响。     

基于二维尾流模型的风电场产能分析

文章提出了同时考虑径向上的非均匀风速分布和轴向控制体侧面上空气流量变化对尾流风速影响的改进模型。采用Jensen模型、轴向改进的半经验模型、径向改进的二维模型、文章提出的改进模型进行风电场产能分析,验证不同尾流模型用于风电场产能分析时的计算精度。计算的产能结果与江苏省某风电场的实际产能进行对比,结果表明,文章提出的改进模型具有较好的计算精度。风电场的产能损失主要来源于尾流损失,其主要取决于3个因素:(1)风力机与上风向风力机间距的大小;(2)尾流效应影响的风向上的风速在全年风速中的比例大小;(3)是否受多台风力机尾流叠加影响。文章提出的改进模型能提高风电场产能的评估精度。文章提出决定尾流损失的3个因素对优化风电场的排布设计、提高风电场的总产能和经济效益具有重要指导意义。     

一种新修正的风电机组尾流分析模型

基于尾流区线性膨胀、径向风速损失呈高斯分布的假设,在BP模型基础上建立一种新修正的风电机组尾流分析模型。该模型针对BP模型无法对近尾流区进行分析的问题,基于质量守恒原理求解近尾流区速度损失分布;通过大涡模拟数据拟合,对BP模型中速度损失标准差方程进行修正,提升了模型在不同地表粗糙度下的计算精度。采用大涡模拟数据对多种工程尾流模型的计算结果进行比较。结果表明,相比于Jensen、Frandsen和BP模型,该模型能更好地预测全尾流范围的径向速度分布,并且具有更高的计算精度。     

考虑尾流效应的风电场减载出力优化控制

在高风电渗透电力系统中,风电场参与系统调频普遍忽略了尾流效应对风电机组出力的影响。文章提出了一种考虑尾流效应的风电场减载出力优化控制方案。首先,采用改进Jensen尾流模型,给出了任意风向的尾流区域划分方法;其次,在满足系统调频需求的前提下,以风电场有功出力最大为目标,对风电场功率分配进行优化;然后,针对不同风速区间设置了相应的优化控制方案,并给出方案的具体实现方法;最后,以江苏某海上风电场为例进行算例仿真,算例结果表明,所提方案可有效地提高风电场整体出力。     

改进风力机三维尾流模型及其风速预测准确性研究北大核心CSCD

针对大型风力机受来流风切变影响,风速差最大达到30%的问题,文章以2D_K Jensen尾流模型为基础,提出了一种改进的三维尾流模型。该模型基于质量守恒理论,通过综合考虑入流的风切变效应、尾流区域的湍流强度分布和各异性的尾流扩展率等因素,修正垂直剖面尾流速度的非对称分布,提高了尾流模型在近尾流区的预测精度。通过与风洞实验测试数据进行对比分析,发现文章提出的修正模型在近尾流区与风洞测试数据吻合较好。该模型能够较好地预测单个风力机尾流区域的速度分布,且无需数值模拟确定经验参数,可用于风电场的微观选址和发电量评估。