中小型风电测试场风力机布置的优化设计研究

发布时间：2020-03-31 08:08

【摘要】：中小型风力发电机因清洁和便于分布式电网补充等独特的特点在风力发电行业扮演着不可替代的作用。风力发电测试技术与风力发电技术相辅相成,风力发电技术的进步离不开风力发电测试技术的提高。本课题在山东东营沿海地区建立中小型风电测试场,规划布置风力机机位,设计最优风力机机位布置方案。使被测风力机合理利用风资源,在最短时间内完成IEC标准测试。在此基础上缩小测试场占地面积,增加发电量,有效提高中小型风电测试场经济效益。课题要求被选机型为1.5kW和3kW五叶片小型风力机、5kW下风向伞形风力机、10kW、30kW和100kW三叶片普通水平轴风力机。根据IEC标准对中小型风电测试场进行风资源评估,得到中小型风电场盛行风向为ESS(东南南)方向,第二主风向为NE(东北)方向。根据风资源分布、场地评估结果及IEC标准对被选六台风力机进行机位布置规划,得到中小型风电测试场风力机机位初步布置方案。根据IEC61400-12-1:2005中对风力机风向有效扇区的计算,对中小型风电测试场初步布置方案下的风力机进行风向有效扇区计算,得到每台风力机的风向有效测试扇区。并对中小型风电测试场进行功率输出特性测试及发电量计算和尾流的损失计算。分别对六台风力机进行尾流速度的数值计算,得到各风力机轮毂高度处尾流纵向及横向分布特征。建立以盛行风向和第二主风向为入口风向的两种方案对风电测试场六台风力机机位布置方案进行模拟计算,对比单台风力机尾流速度分布特征,得到测试场风力机之间干扰现象。发现第二主风向下,BF机位风力机与CD机位风力机尾流干扰较为严重。对BF机位风力机与CD机位风力机的位置以及尾流分布深入剖析,发现F机位风力机与D机位风力机分别位于B机位风力机与C机位风力机下游72.65m和108.93m位置尾流处。考虑盛行风向与第二主风向,加入第三风向WN(西北)方向对中小型风电测试场风力机机位初步布置方案进行调整,得到中小型风电测试场优化布置方案,并利用CFD数值模拟对其进行验证,及发电量及尾流损失进行计算,得到中小型风电测试场风力机机位最优布置方案。本课题根据IEC标准对中小型风电测试场六台风力机进行机位布置,得到中小型风电测试场初步布置方案,对初步布置方案下的风力机进行了功率特性测试及发电量和尾流损失计算。利用CFD数值模拟方法对初步布置方案进行验证和调整,得到中小型风电测试场最优布置方案。课题顺利完成,对中小型风力机机位布置在工程实践中的应用提供一定指导意义。
【图文】：

方位图,风向标,风向

本章着重对风能参数的统计评估及风能析。气象预报中加入“偏”风来表示风向在某个向左右摆动，则称为偏北风。在风向测量中，16 和 36 方位图。以 16 方位图为例，，从 N 开ENE、E、ESE、SE、SSE、S、SSW、SW、对应为：北、北东北、东北、东东北、东、南、西西南、西、西西北、西北和北西北方北方向为基准，顺时针方向旋转，每 22.5°），16 方位风向表示如图 2-1 所示。 100%总观测次数出现次数（2-1）

风向,区间法,风向玫瑰图,数据完整

图 3-1 10m 高度处测风数据Fig. 3-1 Measurement data at the height of 10m基于 WASP 软件的格式需要，需用区间法进行数据处理，即将数据采集间隔钟记录一次，经统计，采集数据数目为 52560；有效数据为 50895；缺测及共计 1665 个，数据完整率达 96.83%，大于 90%，属于完整数据。将采集的风向和风速数据通过处理计算后可得表示风向分布规律的风向玫速频率分布曲线。利用 WASP 软件的 OWC Wizard 模块进行测试场的风向处理，得到测试场风向玫瑰图和 Weibull 风频分布曲线。如图 3-2 所示，是型风电测试场 10m 高度处全年测风数据风谱图。
【学位授予单位】：内蒙古工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：F426.61

【参考文献】