多目标优化的风电场风电机组布局研究
发布时间：2021-10-24 04:11
风电场机组优化布局作为风电工程建设项目的前期工程,对风电场发电能力及经济效益起着决定性作用。风电机组的产能及疲劳损伤是优化布局的重要参考指标,由于机组排布而产生的尾流风速和附加湍流强度对其产生重要影响。因此,本文将重点研究适合工程运用同时又保证具有较高计算精度的风电场尾流模型,量化分析附加湍流对风电机组产能及疲劳损伤的影响。综合风电场尾流造成的产能损失、风电场发电量、尾流区附加湍流强度、风电场建设及运维成本等因素,采用遗传算法对风电场机组布局实现多目标的优化。主要研究工作及结论如下:1、针对轴向尾流模型及径向尾流模型的不足,提出了一种新的二维改进尾流模型,该尾流模型即考虑了尾流径向风速的非均匀分布,又考虑了轴向控制体侧面空气流量变化对尾流风速的影响。采用Jensen尾流模型、轴向尾流模型、径向尾流模型及本文提出的二维尾流模型计算风电场的产能,结合江苏省某风电场的实际产能进行分析,验证了本文提出的二维改进尾流模型在风电场产能估算上具有较好的计算精度。2、通过风电场产能计算结果的对比,总结了尾流损失的主要影响因素:1、风电机组间距的大小,其间距越大尾流损失越小;2、尾流风速在全年风速中所占...
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?２００４年？２０１６年国内风电累计装机容量变化图??
近十几年来，在国家政策的支持和风力发电技术逐渐成熟的趋势下，风电产业得到??了长足的发展。风电机组的单台发电容量逐渐增大，其叶轮直径增至百米以上；风电场??的安装规模也达到几十甚至上百台，图１．３为某风电场现场效果图，图１．４为某风电场??尾流效应示意图。对于包含几十甚至上百台机组的风电场来说，多台机组在各风向上互??相干扰，尾流影响会更加复杂。有研究表明，尾流效应的存在会导致风电场发电能力降??低１５％？５０％［６］。我国风电场运行情况的调查结果显示：大部分风电场的年平均容量系??数在０．２１？０．２４之间，有些风电场单机年平均容量系数仅在０．１６？０．１８。目前许多风电??场建成投产后实际的年发电量比预测值要低２０％？３０％，还有极少数风电场甚至低达??４０％［７］。风电场年发电量是风电场运营指标的一个重要量化参数，尾流效应的模拟精度??直接决定风电场年发电量的评估精度，其精度的高低对风电场风电机组的排布设计有重??要的影响。因此开展风电机组尾流研究对于风电场优化布局至关重要。??风电场自然来流风经过上风向机组后，在尾流区会产生附加湍流，从而导致尾流区??湍流强度增强。尾流区湍流强度的增强会对下游风电机组齿轮箱带来额外的疲劳载荷
ｍｍ??图１．３风电场现场效果图?图１．４风电场尾流效应示意图??１．２研究现状??１．２．１尾流麵研宄现状??风电场尾流模型是描述自然来流风经过风电机组后尾流区域速度分布特性的数学??模型ｍ。根据尾流模型推导的依据，将尾流模型分为基于工程运用的Ｍ流模型和基于??ＣＦＤ计算方法的尾流模型［１（）］。??３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]变风况下风电齿轮箱疲劳损伤评估研究[J]. 陈浪,邱颖宁,冯延晖,徐伊丽. 可再生能源. 2017(09)
[2]基于ANSYS兆瓦风力发电机叶片疲劳寿命分析[J]. 司敏劼,陈振斌,郑玉巧. 现代制造工程. 2016(10)
[3]风电场复杂地形效应的数值模拟及微观选址[J]. 杨祥生,赵宁,田琳琳. 兰州理工大学学报. 2016(05)
[4]基于Park-Gauss模型的风场尾流数值模拟[J]. 杨祥生,赵宁,田琳琳,朱君. 太阳能学报. 2016(09)
[5]风切变对风力机尾流湍流特征影响的研究[J]. 侯亚丽,汪建文,王强,王鑫厅. 机械工程学报. 2016(16)
[6]大型风电场风电机组分组方法研究综述[J]. 沈小军,周冲成,吕洪. 电气工程学报. 2016(05)
[7]随机风载下齿轮副接触疲劳裂纹萌生寿命研究[J]. 许洪斌,冯宁宁,杨长辉,刁富强. 机械设计与制造. 2014(06)
[8]半经验风力机尾流模型的研究[J]. 张晓东,张镇. 太阳能学报. 2014(01)
[9]风能工程中流体力学问题的研究现状与进展[J]. 黎作武,贺德馨. 力学进展. 2013(05)
[10]复杂地形风电场的机组布局优化[J]. 田琳琳,赵宁,武从海,沈志伟. 南京航空航天大学学报. 2013(04)
硕士论文
[1]湍流风速下风电机组齿轮箱齿轮疲劳分析[D]. 徐伊丽.南京理工大学 2016
[2]大型风电场风电机组尾流模型及其应用研究[D]. 唐田.华北电力大学 2015
[3]大型风电机组齿轮箱齿轮的疲劳寿命分析与预测[D]. 田雪.华北电力大学 2014
[4]风电传动链关键件载荷及疲劳技术研究[D]. 张晨虬.浙江大学 2013
[5]文化微粒群算法及其在风电场风能资源评估中的应用[D]. 刘翔.华东理工大学 2011
本文编号：3454550
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?２００４年？２０１６年国内风电累计装机容量变化图??
近十几年来，在国家政策的支持和风力发电技术逐渐成熟的趋势下，风电产业得到??了长足的发展。风电机组的单台发电容量逐渐增大，其叶轮直径增至百米以上；风电场??的安装规模也达到几十甚至上百台，图１．３为某风电场现场效果图，图１．４为某风电场??尾流效应示意图。对于包含几十甚至上百台机组的风电场来说，多台机组在各风向上互??相干扰，尾流影响会更加复杂。有研究表明，尾流效应的存在会导致风电场发电能力降??低１５％？５０％［６］。我国风电场运行情况的调查结果显示：大部分风电场的年平均容量系??数在０．２１？０．２４之间，有些风电场单机年平均容量系数仅在０．１６？０．１８。目前许多风电??场建成投产后实际的年发电量比预测值要低２０％？３０％，还有极少数风电场甚至低达??４０％［７］。风电场年发电量是风电场运营指标的一个重要量化参数，尾流效应的模拟精度??直接决定风电场年发电量的评估精度，其精度的高低对风电场风电机组的排布设计有重??要的影响。因此开展风电机组尾流研究对于风电场优化布局至关重要。??风电场自然来流风经过上风向机组后，在尾流区会产生附加湍流，从而导致尾流区??湍流强度增强。尾流区湍流强度的增强会对下游风电机组齿轮箱带来额外的疲劳载荷
ｍｍ??图１．３风电场现场效果图?图１．４风电场尾流效应示意图??１．２研究现状??１．２．１尾流麵研宄现状??风电场尾流模型是描述自然来流风经过风电机组后尾流区域速度分布特性的数学??模型ｍ。根据尾流模型推导的依据，将尾流模型分为基于工程运用的Ｍ流模型和基于??ＣＦＤ计算方法的尾流模型［１（）］。??３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]变风况下风电齿轮箱疲劳损伤评估研究[J]. 陈浪,邱颖宁,冯延晖,徐伊丽. 可再生能源. 2017(09)
[2]基于ANSYS兆瓦风力发电机叶片疲劳寿命分析[J]. 司敏劼,陈振斌,郑玉巧. 现代制造工程. 2016(10)
[3]风电场复杂地形效应的数值模拟及微观选址[J]. 杨祥生,赵宁,田琳琳. 兰州理工大学学报. 2016(05)
[4]基于Park-Gauss模型的风场尾流数值模拟[J]. 杨祥生,赵宁,田琳琳,朱君. 太阳能学报. 2016(09)
[5]风切变对风力机尾流湍流特征影响的研究[J]. 侯亚丽,汪建文,王强,王鑫厅. 机械工程学报. 2016(16)
[6]大型风电场风电机组分组方法研究综述[J]. 沈小军,周冲成,吕洪. 电气工程学报. 2016(05)
[7]随机风载下齿轮副接触疲劳裂纹萌生寿命研究[J]. 许洪斌,冯宁宁,杨长辉,刁富强. 机械设计与制造. 2014(06)
[8]半经验风力机尾流模型的研究[J]. 张晓东,张镇. 太阳能学报. 2014(01)
[9]风能工程中流体力学问题的研究现状与进展[J]. 黎作武,贺德馨. 力学进展. 2013(05)
[10]复杂地形风电场的机组布局优化[J]. 田琳琳,赵宁,武从海,沈志伟. 南京航空航天大学学报. 2013(04)
硕士论文
[1]湍流风速下风电机组齿轮箱齿轮疲劳分析[D]. 徐伊丽.南京理工大学 2016
[2]大型风电场风电机组尾流模型及其应用研究[D]. 唐田.华北电力大学 2015
[3]大型风电机组齿轮箱齿轮的疲劳寿命分析与预测[D]. 田雪.华北电力大学 2014
[4]风电传动链关键件载荷及疲劳技术研究[D]. 张晨虬.浙江大学 2013
[5]文化微粒群算法及其在风电场风能资源评估中的应用[D]. 刘翔.华东理工大学 2011
本文编号：3454550
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