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风资源评估改进方法的研究

作　者: 孟昌波
导　师: 马吉明
学　校: 清华大学
专　业: 水利工程
关键词: 风资源评估风速预测统计参数 WAsP RIX
分类号: TK81
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 653次
引　用: 3次
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内容摘要

风资源评估为风电场微观选址及经济评价提供依据,是风电工程中重要的环节。流体力学和计算流体力学为风资源评估提供了理论计算方法,但工程应用方法还在不断优化过程中。目前多数风电工程设计所采用的风能计算软件WAsP在平坦地形下可以取得较好的结果,但复杂地形下计算误差较大,国内外对此问题研究较多。本文首先概括总结了风资源评估的研究情况,重点分析了风速变化、湍流、风速预测以及风电场湍流的理论研究情况。然后又进一步讨论了粗糙度模型、山形模型以及遮蔽模型等工程应用所采用的简化模型,并认为目前风资源评估中的风速预测方法需要进行改进。接着,针对风速预测中的两个问题进行了研究。针对风速研究中统计参数的估计问题,首先,考察风速v的n阶矩与形状参数k的关系,并给出基于风速3阶矩的参数估计方法。然后,对该方法精度及适应性进行考察。最后,利用张北单晶河风电场场内70m塔测风资料在风能特征指标计算上对本文提出的新方法、传统方法和实际统计数据进行比较,得出新方法具有高精度、适应范围较广的优点。针对复杂地形下如南澳风电场用WAsP计算的风速预测误差较大的情况,首先,引入对区域复杂度进行度量的RIX(Ruggedness Index)参数。然后,通过张北单晶河风电场三个风塔之间相互预测的方法,准确得出WAsP风速预测误差。接着将预测误差与参考点区域和预测点区域RIX大小相联系进行分析。最后,得出参考点区域与预测点区域RIX大小对WAsP风速预测结果的影响的定性结论,并给出基于参考点区域与预测点区域RIX相对大小的修正WAsP风速预测结果的经验公式。最后,将上述改进方法引入张北单晶河风电场的风资源评估中,在WAsP传统方法计算结果的基础上进行了修正,并给出修正后风资源分布图和风机布置图。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-10
第1章绪论  10-13
  1.1 风资源估计  10
  1.2 风速预测与预报  10-11
    1.2.1 风速预测  10-11
    1.2.2 风电场预测  11
    1.2.3 湍流影响研究  11
  1.3 风能的计算  11-12
  1.4 论文的主要工作  12-13
第2章风速预测概论  13-25
  2.1 本章引论  13
  2.2 风速变化研究  13-15
    2.2.1 风速长期变化  13-14
    2.2.2 风速年内变化  14-15
    2.2.3 风速日变化  15
  2.3 湍流研究  15-20
    2.3.1 湍流性质  15-16
    2.3.2 边界层  16-18
    2.3.3 湍流强度  18-19
    2.3.4 湍流谱  19-20
  2.4 极端风速预测  20-21
  2.5 风速预测  21-22
    2.5.1 统计方法  21-22
    2.5.2 气象方法  22
  2.6 风电场湍流研究  22-24
  2.7 本章结论  24-25
第3章风资源评估具体模型  25-37
  3.1 本章引论  25
  3.2 地形概念  25-26
    3.2.1 粗糙度  25
    3.2.2 起伏度  25-26
    3.2.3 障碍物  26
  3.3 粗糙度模型  26-28
    3.3.1 区域粗糙度  26
    3.3.2 粗糙度长度  26-28
    3.3.3 粗糙度的描述  28
  3.4 山形模型  28-33
    3.4.1 区域山形的影响  28-29
    3.4.2 水平加速及垂直加速  29-31
    3.4.3 BZ-流体模型  31-33
    3.4.4 模型局限  33
  3.5 遮蔽模型  33-37
    3.5.1 障碍物的遮蔽  33-34
    3.5.2 障碍物的穿透性  34-35
    3.5.3 障碍物的简化  35-36
    3.5.4 如何区分障碍物和粗糙度因素  36-37
第4章风参数估计方法改进  37-46
  4.1 本章引论  37
  4.2 传统参数估计方法  37-41
    4.2.1 最小二乘法  37-38
    4.2.2 均值和方差估算法  38-39
    4.2.3 最小误差逼近法  39
    4.2.4 极大似然法  39-40
    4.2.5 平均风速和最大风速估计法  40-41
  4.3 新的参数估计方法  41-43
  4.4 风能特征指标计算  43-45
    4.4.1 风能特征指标  43-44
    4.4.2 张北单晶河风电场算例  44-45
  4.5 本章结论  45-46
第5章 WAsP 在复杂区域的改进  46-59
  5.1 本章引论  46-47
  5.2 研究区域数据  47-50
    5.2.1 研究区域简介  47-48
    5.2.2 测风塔介绍  48-49
    5.2.3 测风数据修订  49-50
  5.3 测风结果分析  50-58
    5.3.1 RIX 介绍  50-52
    5.3.2 基于RIX 的改进  52-55
    5.3.3 结论验证  55-58
  5.4 本章结论  58-59
第6章单晶河风电场风资源评价  59-78
  6.1 本章引论  59
  6.2 测风资料分析  59-63
    6.2.1 风电场代表塔选择  59
    6.2.2 气象站资料  59-61
    6.2.3 测风数据订正  61-63
  6.3 风能资源评价  63-75
    6.3.1 风电场空气密度  63-64
    6.3.2 风电场不同高度风速推算  64
    6.3.3 10m 塔处65m 高度代表年风能分析  64-73
    6.3.4 风能资源评估  73-75
  6.4 风力发电机组选型和布置  75-78
    6.4.1 风力发电机组选型  75-76
    6.4.2 风力发电机组布置  76-78
第7章结论和展望  78-80
  7.1 结论  78
  7.2 展望  78-80
参考文献  80-83
致谢  83-84
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  84

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