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风资源评估及风力机气动性能研究

作　者: 石秉楠
导　师: 何玉林
学　校: 重庆大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 韦布尔分布时间序列风速预测 ARMA模型气动性能
分类号: TK83
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

风(能)资源评估是开发风电项目的基础,是风电场可行性分析和风电机组设计与选型的重要依据。而风电机组的设计在很大程度上又取决于风力机的气动性能。论文以它们为研究对象,对现有的一种风速韦布尔分布参数估计方法进行了修正。同时,根据风速的特点,从风速预测的角度对风资源评估进行了补充和完善;在研究了水平轴风力机空气动力学相关理论的基础上,建立了气动分析模型,并开发了气动参数计算软件。论文的主要研究内容如下:①研究了风速的特点和风速的统计特性,从风电场测风的角度,分析了风速分布估计中的不足,以风电场选址查勘时实测的风速和海拔高度为基础,适当利用气象统计资料,提出了修正的平均风速-最大风速法,并以实际数据为例,作了验证和说明。在此基础上,计算出年风功率密度及年风能可利用小时数,从而实现对风能资源的评估。②根据风速的时序性和自相关性特点,建立基于时间序列分析的风速预测模型,实现风速的短时间预测。论文以某地10min采样间隔风速数据为例,将预测风速与实测风速相比较,验证了风速预测的可行性。③研究了水平轴风力机的动量理论、叶素理论、叶素动量理论以及修正的叶素动量理论;考虑风力机在运行过程中可能遇到的风况,分析了2个正常风况(NWP、NTM)和6个极端风况(EWM、EOG、EDC、ECG、ECD、EWS)。论文以VC++.NET为工具,开发了包含风能特性分析、风况分析的风力机气动分析平台,并以某MW级风力机为例,对软件的运行过程和计算结果进行了说明和验证。

全文目录

中文摘要  3-4
英文摘要  4-9
1 绪论  9-15
  1.1 课题研究背景  9-11
  1.2 国内外技术现状  11-12
    1.2.1 风电场风能资源评估方法研究  11-12
    1.2.2 风力发电机组气动性能研究  12
  1.3 课题的来源及研究意义  12-13
    1.3.1 课题的来源  12
    1.3.2 课题的研究意义  12-13
  1.4 论文的研究内容及论文结构  13-14
  1.5 本章小结  14-15
2 风电场年风速分布研究及风资源评价  15-28
  2.1 引言  15
  2.2 年风速分布概述  15
  2.3 年风速分布估计方法介绍  15-18
    2.3.1 风速概率分布  15-16
    2.3.2 韦布尔分布参数估计方法  16-18
  2.4 修正的平均风速-最大风速法  18-22
    2.4.1 修正的平均风速-最大风速法概述  18-19
    2.4.2 修正的平均风速-最大风速法算法  19-20
    2.4.3 修正的平均风速-最大风速法算例  20-22
  2.5 风电场风能估算  22-26
    2.5.1 风能估算概述  22-23
    2.5.2 风功率密度的计算  23-25
    2.5.3 风能可利用时间  25-26
  2.6 本章小结  26-28
3 短时间序列的风速预测  28-38
  3.1 引言  28
  3.2 时间序列法介绍  28
  3.3 时间序列模型  28-30
    3.3.1 自回归模型 AR(p)  29
    3.3.2 滑动平均模型 MA(q)  29
    3.3.3 自回归滑动平均模型 ARMA(p，q)  29-30
  3.4 风速时间序列模型  30-32
    3.4.1 风速数据的预处理  30
    3.4.2 模型类别识别  30-31
    3.4.3 模型的定阶  31
    3.4.4 模型参数估计  31
    3.4.5 模型的适应性检验  31-32
  3.5 风速时间序列预测实例  32-37
  3.6 本章小结  37-38
4 水平轴风力机气动性能分析及风况模型  38-49
  4.1 引言  38
  4.2 动量理论  38-41
    4.2.1 轴向动量和Betz(贝茨)极限  38-39
    4.2.2 尾流旋转效应  39-41
  4.3 叶素理论  41-43
  4.4 叶素-动量理论  43-45
    4.4.1 修正的叶素-动量理论  43-45
  4.5 风况定义  45-48
    4.5.1 正常风况  45-46
    4.5.2 极端风况  46-48
  4.6 本章小结  48-49
5 风力机气动分析平台  49-63
  5.1 风力机气动分析平台概述  49-50
  5.2 风力机风况模块  50-52
  5.3 风能资源特性分析模块  52-57
    5.3.1 风速分布部分  52-55
    5.3.2 风速计算部分  55-56
    5.3.3 空气密度计算模块  56-57
  5.4 风力机气动性能分析模块  57-62
    5.4.1 诱导因子计算  58-59
    5.4.2 Cp- λ关系计算  59-61
    5.4.3 风力机气动载荷计算  61-62
  5.5 本章小结  62-63
6 结论与展望  63-64
  6.1 主要结论  63
  6.2 工作展望  63-64
致谢  64-65
参考文献  65-68
附录  68
  A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录  68
  B. 作者在攻读学位期间取得的科研成果目录  68

风资源评估及风力机气动性能研究

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