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风速特性与风力发电机组动态耦合的研究与分析.doc
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风速特性与风力发电机组动态耦合的研究与分析.doc
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硕士学位论文
I
目录
目录 ................................................................I
摘要 ..............................................................III
Abstract ...........................................................IV
插图索引 ............................................................V
附表索引 ...........................................................VI
第 1 章 绪论 .........................................................1
1.1 研究背景 .....................................................1
1.2 风力发电技术的研究现状 .......................................2
1.2.1 风能的利用历史 .........................................2
1.2.2 国外风电发展现状 .......................................3
1.2.3 国内风电发展现状 .......................................3
1.2.4 我国风力发电存在的问题。 ..............................4
1.3 风力发电的主要研究技术及发展趋势 .............................5
1.4 研究内容及国内外研究现状 .....................................6
第 2 章 风力发电机的基础理论知识 .....................................8
2.1 风力机的原理及结构 ...........................................8
2.2 风力发电机的分类 .............................................9
2.3 空气动力学的相关知识 ........................................10
2.3.1 贝兹极限 ..............................................10
2.3.2 风力机的背面风速 ......................................12
2.3.3 桨叶的几何参数 ........................................13
2.3.4 叶素动量理论 ..........................................13
2.4 本章小结 ....................................................17
第 3 章 风力特性的建模 ..............................................18
3.1 风特性 .....................................................18
3.1.1 风的概念 .............................................18
3.1.2 风速的变化特性 .......................................18
3.1.3 风的统计特性 .........................................18
3.1.4 风能密度 .............................................19
3.2 风能资源的评估 .............................................19
3.2.1 威布尔分布中参数 和 的估计 ..........................21
k
c
风速特性与风力发电机组动态特性耦合关系的研究
II
3.2.2 江苏如东地区的风速评估 ...............................23
3.3 风力机输入风速建模 .........................................26
3.3.1 通用风速模型的建立 ...................................26
3.3.2 基于如东地区实测风速的预测风速模型 ...................28
3.3.2.1 基于自回归理论的风速建模 .......................28
3.3.2.2 随机过程的基本理论 .............................29
3.3.2.3 自回归模型 .....................................30
3.2.2.4 基于谱密度分析的风速模型 .......................30
3.4 影响平均风速的几个因素 .....................................33
3.4.1 风剪对风速的影响 .....................................33
3.4.2 塔影对风速的影响 .....................................35
3.4.3 考虑尾流效应的风速模型 ...............................35
3.5 本章小结 ...................................................37
第 4 章 风力机组建模 ................................................38
4.1 风轮的空气动力学模型及计算 .................................38
4.2 增速机构的动态数学模型 .....................................40
4.3 发电机的动态特性 ...........................................42
4.3.1 恒速发电机 ...........................................42
4.3.2 变速发电机 ...........................................43
4.4 控制策略 ...................................................44
4.4.1 风力机运行的三个阶段 ..................................44
4.4.2 理想状况下的控制策略 ..................................45
4.5 本章小结 ...................................................45
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46
5.1 基于 Simulink 软件的风速和风力机模型仿真 ....................46
5.2 实测风况的模拟仿真(低风速时) .............................47
5.3 模拟风速的仿真(高风速时) .................................52
5.4 三种特殊状态时的耦合特性分析 ...............................54
5.5 本章小结 ...................................................56
第 6 章 总结 ........................................................57
参考文献 ...........................................................58
致谢 ...............................................................61
附录 A ..............................................................62
硕士学位论文
III
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 G80-2.0MW 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,促进对国外整机结构性能的消化吸收有着重要的作用。
关键词:风力机,风速模型,风力机模型,耦合分析,动态仿真
硕士学位论文
I
Abstract
With the global depletion of conventional energy sources, many countries
around the world are trying to find new energy sources. Currently, as one of the
inexhaustible, non-air pollution, renewable energy, wind energy is one energy project
of which many countries focus on the development. China is one of the few wind
power, also a big energy consumption country .Therefore, the development of wind
power is more and more pay attention to by the State.
Currently, the Core Technology in our wind power projects are from abroad and
Self-made technology is relatively low. Because of the uncertainty of wind speed,
making the coupling between wind turbines from abroad and China's actual wind
conditions be an important problem demanding prompt solution. After reading a great
deal of relevant information both at home and abroad and investigating the overall
development of wind turbine on the basis of our country at this stage, this article
described the basic wind turbine theory ,and established the speed model of Rudong
county , Jiangsu province, and wind turbine model. At the same time, it based on
Gamesa’s production-type G80-2.0MW wind turbine at Yumen of Gansu, and part
wind speed date of Rudong wind farm, in accordance with scientific and
technological project of Lanzhou “Detection of large-scale wind power and
monitoring feedback devices (Item Number: 2008-1-16)” Then, this thesis used the
simulation software to simulink and analyze the coupling between wind speed model.
This thesis’ research can provide theory of parameters and control methods for
monitoring and feedback control system of the state of wind turbine which adapted to
the characteristics of China's wind resources. This will enhance the country's
large-scale wind turbine design quality, get more reliable control strategy and it plays
an important role on digestion and absorption of the foreign wind turbine.
Keywords: Wind Turbine;wind speed model ;wind turbine model; Coupling Analysis;
Dynamic Modeling
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南抖北快东卫
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