基于实测数据的风电机组功率特性分析

摘要

风能作为一种清洁可再生能源正受到世界的关注，我国近些年来也开始大力发展风电事业。但是随着我国装机容量的快速增长，伴随着一些配套设施不完善以及测试技术的问题，而其中功率特性测试技术就是其中一个方面。
　　风力发电机组的功率特性是描述机组运行状况的重要特征之一，是评估机组发电能力，估算经济技术水平的最佳指标。本文主要内容有以下几个方面:
　　首先，介绍并对比当今各种风电机组功率特性测试的方法，确定选取IEC标准作为本次试验的理论依据;
　　其次，通过现场考察，确定实验方案，以及仪器的选取及配置;讨论了实测中遇到的各种问题，提出切实可行的风电机组功率曲线的测试的方法;针对风电机组功率试验周期长、数据量大的特点，提出采用分时段统计频率法来筛选和统计数据，将测试时间内数据均分，分别计算各时段内有效风速的频率，选择出现频率最高的测试时段进行计算，提高了数据处理计算的效率和功率曲线计算精度;
　　最后，在折算风速时，采用与风速对应的10分钟实测平均空气密度代替以往采用年平均空气密度的方式，提高了标准空气密度下的风速折算值精度;首次将实测风电机组功率曲线应用于实际风电场功率预测，通过得到的功率特性曲线估算其它风力发电机发电量，并与标准曲线及周围风力机组发电量做对比，验证功率特性曲线精度，提高了风功率预测的准确性和预测精度。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 选题背景及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．3 风电事业的优点

1．4 功率曲线的获取方法

1．5 本文的主要工作

2 风力发电相关基础理论及原理

2．1 风的特性

2．1．1 风向(Direction)和风速(Speed)

2．1．2 平均风速(Average wind speed)

2．1．3 风的频率分布(Wind frequency distribution)

2．1．4 风玫瑰图(Wind rose)

2．1．5 风能的计算方法及风能密度

2．1．6 湍流(Turbulence)

2．2 风机叶轮空气动力学

2．2．1 动量理论(Momentum Theory)

2．2．2 贝茨理论(Betz)

2．2．3 叶素理论

2．2．4 叶尖速比

2．3 风力发电机构造及其运行原理

2．4 风力发电机分类

2．5 风电机组功率调节方式分类

2．5．1 定桨距失速型

2．5．2 变桨距型

2．5．3 主动失速型

2．6 不同类型风电机组功率特性分析

2．6．1 失速型风电机组功率特性分析

2．6．2 变速恒频风电机组功率特性分析

2．7 风电机组的控制方式

2．8 本章小结

3 风电机组功率特性测试方法研究

3．1 引言

3．2 IEC61400-12-1内容更新简介

3．2．1 关于定位气象桅杆及确定测量扇区的方法

3．2．2 试验场地地形的要求

3．2．3 有效扇区的确定

3．2．4 风速计的标定

3．3 风机功率特性测试准备

3．3．1 各项风特性的测试

3．3．2 电功率的测量

3．3．2 风速(平均风速)的测量

3．3．3 风向的测量

3．3．4 空气密度的计算

3．3．5 降水的记录

3．3．6 风机的运行状态的记

3．3．7 数据采集系统

3．4 风力发电机组功率测试原理

3．4．1 试验测试及硬件配置方案

3．4．2 设备安装(气象桅杆)

3．4．3 风电场基本情况

3．4．4 气象桅杆的定位

3．4．5 测量扇区的确定

3．4．6 试验场地中气流畸变引起的修正系数和误差

3．5 风电机组的功率特性测试方法

3．5．1 实验步骤

3．5．2 风电机组的运行状态

3．6 本章小结

4 测试数据处理方法的研究

4．1 采样数据库

4．2 数据的筛选(预处理)

4．3 试验测试结果精度分析

4．4 数据处理

4．4．1 数据回归

4．4．2 所测得功率曲线的确定

4．4．3 年发电量(AEP)估算

4．4．4 功率系数的计算

4．5 本章小节

5 风电机组运行特性分析

5．1 功率特性曲线

5．1．1 风电机组的实测特性曲线与标准功率曲线的对比

5．1．2 功率特性曲线分析

5．1．3 风电机组功率曲线的修正

5．2 影响功率曲线的因素

5．2．1 风湍流对风机功率特性曲线的影响

5．2．2 风切变对风机功率特性曲线的影响

5．2．3 空气密度对风机功率特性曲线的影响

5．2．4 叶片污染对风机功率特性曲线的影响

5．2．5 提高风电机组实际运行功率曲线的方法

5．3 实测发电量

5．4 本章小结

6 结论与展望

致谢

参考文献