风速特性与风力发电机组动态特性耦合关系的研究

摘要

随着全球常规能源的消耗殆尽，世界各国正在努力寻找各种新能源，作为一种取之不尽、用之不竭、无污染的可再生能源——风能，成为目前各国着力发展的一个能源项目。我国是世界上少有的一个风能大国，同时也是一个能量消耗大国，因此风电的发展也越来越受到国家的重视。
　　 当前我国风电项目中的核心技术多是从国外引进，国产自主化技术相对比较低，再加上风速变化的不确定性，使得从国外引进的风力机组和中国实际风场风况的耦合情况成为一项重要的亟待解决的问题。本文在查阅大量资料和对我国现阶段的风力发电机总体发展情况进行调查的基础上，依托兰州市科技攻关项目“大型风力机组检测及监测反馈控制装置(项目编号：2008-1-16)”，以甘肃玉门风电场的Gamesa公司生产的G60-2.0MW型风力发电机组为依据，以江苏如东风场的部分风速数据为参考，阐述了风力机的基本理论，建立了江苏如东地区某一段时间内的风速模型，以及风力机的模型，然后利用Simulink软件将风速输入风力机进行动态仿真，观测并分析两者之间的耦合情况。
　　 本课题的研究可以为适应于我国风资源特征的风力机状态监测与反馈控制系统提供理论参数和控制方法，这对提高我国大型风力发电机组的设计质量，获得更可靠的控制策略，对促进国外整机结构性能的消化吸收有着重要的作用。

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论文说明：图表目录

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第1章绪论

1.1研究背景

1.2风力发电技术的研究现状

1.2.1风能的利用历史

1.2.2国外风电发展现状

1.2.3国内风电发展现状

1.2.4我国风力发电存在的问题。

1.3风力发电的主要研究技术及发展趋势

1.4研究内容及国内外研究现状

第2章风力发电机的基础理论知识

2.1风力机的原理及结构

2.2风力发电机的分类

2.3空气动力学的相关知识

2.3.1贝兹极限

2.3.2风力机的背面风速

2.3.3桨叶的几何参数

2.3.4叶素动量理论

2.4本章小结

第3章风力特性的建模

3.1风特性

3.1.1风的概念

3.1.2风速的变化特性

3.1.3风的统计特性

3.1.4风能密度

3.2风能资源的评估

3.2.1威布尔分布中参数k和c的估计

3.2.2江苏如东地区的风速评估

3.3风力机输入风速建模

3.3.1通用风速模型的建立

3.3.2基于如东地区实测风速的风速模型

3.4影响平均风速的几个因素

3.4.1风剪对风速的影响

3.4.2塔影对风速的影响

3.4.3考虑尾流效应的风速模型

3.5本章小结

第4章风力机组建模

4.1风轮的空气动力学模型

4.2增速机构的动态数学模型

4.3发电机的动态特性

4.3.1恒速发电机

4.3.2变速发电机

4.4控制策略

4.4.1风力机运行的三个阶段

4.4.2理想状况下的控制策略

4.5本章小结

第5章基于MATLAB的风力特性与风力机组之间的耦合关系的仿真算例与分析

5.1基于Simulink软件的风速和风力机模型仿真

5.2实测风况的模拟仿真(低风速时)

5.3模拟风速的仿真(高风速时)

5.4三种特殊状态时的耦合特性分析

5.5本章小结

第6章总结

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文与科研情况