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基于风力发电的风特性模拟系统研究

作　者: 胡学敏
导　师: 田德
学　校: 内蒙古农业大学
专　业: 农业生物环境与能源工程
关键词: 风力发电风特性风资源评估模拟系统 MATLAB
分类号: TK83
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

风力机是一种依靠叶轮将风的动能转化为机械能的装置,叶轮是风力发电机组中最主要的受力部件之一,风力发电机组中其它的零部件受到的载荷主要是由叶轮上受到的载荷造成的。影响空气动力的外部因素有很多,主要包括:风速、风向的分布,地形、地貌条件,气象条件等。因此,掌握大气边界层内风特性的分布规律是风力机气动设计的基础,也是风电场风资源评估的主要依据。对于风的统计特性,按照国家标准《风电场风资源评估方法》(GB/T 18710-2002)计算风力发电机组轮毂高度处的年平均风速,平均风能密度、风电场测站不同时段风速和风功率日变化曲线图;风电场测站内不同时段风向、风能玫瑰图等;对于风特性的影响因素主要考虑地表粗糙度、海拔高度、地形起伏对风速的影响。课题运用MATLAB强大的数学计算功能及其可以独立运行的GUI交互界面,初步设计一个针对大气边界层内风特性分析和风力机气动特性计算的模拟系统。系统具有以下功能:风的统计特性计算、风特性影响因素模拟,并以此为基础进行风能特性指标计算,判断某一地区风资源的富集程度,并将计算结果与WASP软件OWC-Wizard部分计算结果进行对比,结果显示:模拟系统计算与OWC-Wizard计算结果,平均风速比较接近,风能密度的结果还存在一定的误差;风力机叶轮的气动特性计算,通过计算轴向诱导因子和切向诱导因子,进一步计算出叶轮受力情况,进而为风力机叶片设计提供依据。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
1 绪论  7-11
  1.1 风电行业历史和现状  7-9
    1.1.1 国外风电行业历史和现状  7-8
    1.1.2 国内风电行业历史和现状  8-9
  1.2 大气边界层风特性和风力机空气动力学的研究历史和现状  9-10
  1.3 本课题的研究内容和意义  10-11
    1.3.1 本课题的研究内容  10-11
    1.3.2 本课题的研究意义  11
2 风特性的基础理论  11-20
  2.1 风的形成  11
  2.2 大气运动尺度和大气边界层  11-12
  2.3 平均风特性  12-15
    2.3.1 平均风速  12
    2.3.2 平均风速随高度的变化  12-14
    2.3.3 平均风速随时间的变化  14
    2.3.4 平均风速分布统计规律  14-15
    2.3.5 平均风向  15
  2.4 脉动风特性  15-16
    2.4.1 脉动风速  15-16
    2.4.2 湍流强度  16
  2.5 极端风特性  16
  2.6 地形、地貌对风特性的影响  16-20
    2.6.1 地表粗糙度的影响  17
    2.6.2 地形影响  17-19
    2.6.3 大气稳定性对风速廓线的影响  19-20
3 风特性模拟系统的总体方案  20-32
  3.1 MATLAB 软件  20-21
  3.2 对象层次结构的设计  21-22
    3.2.1 总体结构设计原则和步骤  21
    3.2.2 总体结构设计内容  21-22
  3.3 风速影响因素模拟  22-24
  3.4 风的统计特性的模拟  24-26
    3.4.1 weibull 分布参数的拟合  24-26
    3.4.2 风向统计特性计算  26
    3.4.3 风速统计特性计算  26
  3.5 风能特性指标模拟  26-28
  3.6 风力机气动特性  28-32
4 风特性模拟系统的实现和应用实例  32-40
  4.1 风特性的影响因素模拟实现  32-35
    4.1.1 风速随高度的变化模拟  32-34
    4.1.2 地形特征对风特性的影响模拟实现  34-35
  4.2 风的统计特性模拟实现  35-36
  4.3 风能特性指标模拟实现  36-37
  4.4 风力机气动特性模拟实现  37-40
5 模拟结果与WASP 对比  40-41
  5.1 WASP 软件介绍  40
  5.2 模拟系统输入与WASP 输出对比  40-41
6 结论与讨论  41-43
  6.1 结论  41-42
  6.2 讨论  42-43
致谢  43-44
参考文献  44-50
作者简介  50

基于风力发电的风特性模拟系统研究

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