风力发电机组和风电场的功率特性测试研究

论文摘要

功率曲线是评价风电机组性能的一个重要指标,功率特性测试是风电机组型式认证中必不可少的环节,同时也是验证风电场实际发电量与预计发电量之间的差异、风电机组可利用率和运行状况性能指标的主要方法。本文对风电机组和风电场的功率特性测试进行了详细研究,依据IEC标准提出了现场测试的基本方案和硬件配置,对影响风电机组功率曲线和风电场发电量的因素进行了分析和研究。虚拟仪器是测控仪器经历了模拟仪器、数字仪器和智能仪器后的重要发展方向。它将仪器技术、计算机技术、总线技术和软件技术紧密的融合在一起,利用计算机强大的数字处理能力实现仪器的大部分功能,打破传统仪器的框架,形成一种崭新的仪器模式。本课题运用虚拟仪器技术,在VMIDS开发平台下成功研制出风电机组功率特性测试分析仪。本论文的主要内容包括:（1）介绍风电测试的发展,国内外现状和发展趋势。当前,虚拟仪器的出现和迅猛发展为风电测试的发展提供新的机遇和发展空间,提出了开发基于虚拟仪器的风电机组功率特性测试仪。（2）深入探讨虚拟仪器的总线、框架结构、总线标准、开发平台以及设计模式。为课题选择了Visual C++开发环境和智能控件化虚拟仪器开发模式。（3）对IEC功率特性测试标准进行了分析与比较,研究了风电机组功率特性测试的方法、原理以及所需要的设备等,依据IEC标准提出了风电机组功率特性的现场测试方案和硬件配置,对影响功率曲线的因素进行了分析和修正。（4）研究了风电场功率特性测试的方法、测试程序以及所需要的设备等,提出了现场测试基本方案和硬件配置,研究了风电场选址的评估方法和流程。（5）分析基于虚拟仪器的功率特性测试仪的功能需求,并对其进行详尽的总体硬件框架和软件构架设计。采用模块化方法开发了基于虚拟仪器的功率特性测试仪。本课题是虚拟仪器在风电测试领域的一次成功尝试。在课题中,虚拟仪器凸显出强大的功能、良好的灵活性。实践证明虚拟仪器是一种优秀的解决方案,能够高效的实现各种测控任务。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 选题背景和研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 风力发电的优势及局限性
• 1.4 本文的主要工作
• 2 虚拟仪器技术
• 2.1 虚拟仪器总线
• 2.2 虚拟仪器的硬件组成
• 2.3 虚拟仪器的软件层次结构
• 2.4 虚拟仪器的开发及平台
• 2.4.1 通用软件开发平台
• 2.4.2 专用软件开发平台
• 2.5 本章小结
• 3 风电机组功率特性测试
• 3.1 引言
• 3.2 IEC 61400-12-1 更新的主要内容
• 3.2.1 气象桅杆的定位和测量扇区的确定
• 3.2.2 试验场地地形的要求
• 3.2.3 有效扇区的确定
• 3.2.4 测量功率曲线的确定
• 3.2.5 风速计的标定
• 3.3 风电机组功率特性测试准备
• 3.3.1 电功率
• 3.3.2 风速
• 3.3.3 风向
• 3.3.4 空气密度
• 3.3.5 降水
• 3.3.6 风力发电机组的运行状态
• 3.3.7 数据采集系统
• 3.4 风电机组功率特性测试原理
• 3.4.1 试验场地
• 3.4.2 气象桅杆的距离
• 3.4.3 测量扇区
• 3.4.4 气流畸变试验场地引起的修正系数和误差
• 3.5 风电机组功率特性的测试方法
• 3.5.1 风电机组的运行
• 3.5.2 数据收集
• 3.5.3 数据筛选
• 3.5.4 数据修正
• 3.6 测试方案及硬件配置
• 3.6.1 测试方案
• 3.6.2 硬件配置
• 3.7 气象桅杆上设备的安装
• 3.8 数据结果处理
• 3.8.1 数据回归
• 3.8.2 确定所测得的功率曲线
• 3.8.3 年发电量（AEP）
• 3.8.4 功率系数
• 3.9 测试试验报告
• 3.10 本章小结
• 4 风电场功率特性测试
• 4.1 引言
• 4.2 风电场功率特性的测试原理
• 4.3 风电场功率特性的测试设备
• 4.4 风况相关性测试
• 4.4.1 数据收集
• 4.4.2 数据选择
• 4.4.3 测试持续时间
• 4.4.4 基础数据
• 4.4.5 结果分析
• 4.5 风电场功率特性的测试程序
• 4.5.1 风电场运行
• 4.5.2 数据收集
• 4.5.3 数据筛选
• 4.5.4 数据校正
• 4.5.5 基础数据
• 4.5.6 测试持续时间
• 4.6 风电场功率特性的确定
• 4.6.1 参考风速和风向
• 4.6.2 风电场输出功率
• 4.6.3 确定风电场的功率特性
• 4.7 功率特性对比
• 4.8 测试方案
• 4.9 本章小结
• 5 风电场评估和功率曲线
• 5.1 风电场评估综述
• 5.1.1 风电场场址选择的技术原则
• 5.1.2 风资源评估需要的基础资料
• 5.1.3 观测数据的分析计算
• 5.1.4 风资源评估的经济性
• 5.1.5 风电场年发电量的计算
• 5.1.6 提高风电机组发电量的研究
• 5.2 功率特性曲线
• 5.2.1 风电机组的实际功率曲线与标准功率曲线的差异
• 5.2.2 环境条件对风电机组功率曲线的影响
• 5.2.3 叶片污染对风电机组功率曲线的影响
• 5.2.4 风电机组功率曲线的修正
• 5.2.5 提高风电机组实际运行功率曲线的方法
• 5.3 本章小结
• 6 虚拟式风电机组功率特性测试仪的研制
• 6.1 功能需求
• 6.2 硬件配置
• 6.2.1 硬件设计原则
• 6.2.2 传感器
• 6.2.3 信号调理单元
• 6.2.4 数据采集器
• 6.3 软件结构
• 6.3.1 硬件驱动
• 6.3.2 标准硬件接口
• 6.3.3 功率特性分析仪的应用软件
• 6.4 开发平台及设计方法
• 6.4.1 设计原则
• 6.4.2 软件模块
• 6.5 虚拟式功率特性测试仪
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录