风资源评估及风力机气动性能研究

论文摘要

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。

论文目录

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