风资源评估改进方法的研究

论文摘要

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。

论文目录

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