台风条件下风电场的风险评估方法研究

作     者：李玉辉 

作者单位：重庆交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王旭

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：风力发电场 台风条件 风险评估 层次分析法 

摘      要：风力发电是未来最具发展潜力的可再生能源技术之一，“十四五规划指出我国将在未来大力发展风电项目，我国海岸线绵长拥有丰富的风力资源，是未来风力发电的重要发展地区。然而我国也是受台风侵袭最严重的国家之一，台风过境时往往会对风力发电机组的结构及风电场的电网系统造成极大风险。因此，对风力发电场进行台风风险评估，是沿海及海上风电场前期建设及后期维护的必要手段。然而，由于海上测风塔数量稀少，而风电场由于建设经济性的原因，场内测风时间也不会太长，导致我国沿海及海上风电场测风资料缺乏，风电场的台风风险评估就成了一个很大的难题。因此，本文针对于我国沿海及海上风电场的台风风险评估方法问题展开研究，并首次开展了对台风影响地区风电机组风险评估软件的自主研发工作。具体研究内容如下： 首先通过中国气象局热带气旋资料中心提供的西北太平洋历史台风最佳路径数据资料，提取了东海塘风电场选定范围内从1949-2021年之间所有历史台风。为解决风电场台风数据资料缺乏的问题，本研究引入了工程台风模型对各历史台风的风场进行了模拟，以此获得在历史台风影响下风电场的台风数据资料。在此基础上，本文按照台风在经过风电场时的路径不同将台风分为了多种不同的移动路径，并按照台风在经过风电场时的台风中心位置的不同，进一步将各路径的台风分为了左行、右行两类，并以此分析了风电场不同路径的历史台风特征。 其次，依据风险评估指标建立原则，在分析沿海及海上风力发电场的台风风险特征的基础上，通过参阅规整风力发电的各类标准规范及相关既已成型的研究成果，选取了 4 个对风力发电机组影响较大的台风极端灾害因子（台风影响下轮毂高度处的最大风速值（Vmax）、风向变化最长持续时间（Tmax）、风向累计最大变化角度（Δθmax）以及风向角的最大变化率（ΔDmax））为台风条件下风力发电场的风险评估指标值，并分析了风电场历史台风灾害因子的分布情况。 最后，以 4 个台风灾害因子为评估指标，建立了台风条件下风力发电场的综合风险评估指标体系，并采用层次分析法的相关理论，计算出各层级指标的权重值。之后通过各层级指标的权重值计算出东海塘风电场不同路径的历史台风的综合风险评估指数，并采用自然断点法对东海塘风电场的台风风险等级划分，完成了东海塘风电场的历史台风风险等级评估。在此基础上，通过本研究的相关内容及方法开发了的风电场台风风险评估软件，为我国沿海及海上风力发电场的选址、风机选型、台风风险评估提供有力支持。