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基于测风塔测风数据的风电机组机舱风速修正

系统仿真学报 2016年第11期28卷 2790-2797页

作者：高峰杨锡运王伟张磊华北电力大学控制与计算机工程学院北京102206 大唐(赤峰)新能源有限公司赤峰024400

针对机舱风速理论修正方法计算偏差较大的问题,根据风力发电机组控制策略对整个风速范围进行分区,通过高阶多项式拟合来确定机舱风速传递函数,建立一种基于测风塔测风数据的机舱风速修正方法。采用该方法进行风速修正不仅能够克服IEC机... 详细信息

针对机舱风速理论修正方法计算偏差较大的问题,根据风力发电机组控制策略对整个风速范围进行分区,通过高阶多项式拟合来确定机舱风速传递函数,建立一种基于测风塔测风数据的机舱风速修正方法。采用该方法进行风速修正不仅能够克服IEC机舱传递函数实用性较差的问题,而且较不分区的简单线性拟合又具有较高的拟合精度,通过引入过渡区间改进了分段机舱传递函数所存在的不连续问题。算例结果与数据分析表明了该机舱风速修正方法的优越性。

关键词：风力机机舱风速风速修正机舱传递函数

基于湍流的双NTF方法应用于机舱风速计测量功率曲线

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可再生能源 2017年第7期35卷 1072-1080页

作者：张双益胡非中国科学院大气物理研究所大气边界层物理与大气化学国家重点实验室北京100029 中国科学院大学北京100049 中国三峡新能源有限公司北京100053

机舱风速计测量功率曲线的误差较大,造成风电功率预测结果的不确定性。文章依托某风电场现场实验,研究了机舱风速-自由流风速的关系,探讨了大气湍流强度对机舱传递函数(NTF)的影响,提出了基于湍流的双NTF方法,并应用于机舱风速计测量功... 详细信息

机舱风速计测量功率曲线的误差较大,造成风电功率预测结果的不确定性。文章依托某风电场现场实验,研究了机舱风速-自由流风速的关系,探讨了大气湍流强度对机舱传递函数(NTF)的影响,提出了基于湍流的双NTF方法,并应用于机舱风速计测量功率曲线。在不同年平均风速情况下,采用未修正的机舱风速功率曲线、国际电工委员会(IEC)提出的单NTF方法修正后的机舱风速功率曲线和文章所提出的双NTF方法修正后的机舱风速功率曲线,分别评估年发电量,其误差范围分别为-8.8%^-0.5%,-2.4%^-0.2%和-0.2%~0.2%。研究结果表明,文章所提出的基于湍流的双NTF方法是可行的,其应用效果优于IEC提出的单NTF方法。

关键词：自由流风速机舱风速机舱传递函数功率曲线风电功率预测

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风电机组机舱风速传递特性研究

风电机组机舱风速传递特性研究

作者：马梦茹华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

风能是当前开发和利用最广泛的可再生能源之一。为落实“碳达峰”、“碳中和”的目标任务,我国将大力推进风电产业的发展。上风向水平轴风电机组是目前应用最广泛的风电机组,通常采用机舱风速仪进行风速的实时测量。对于主流的风电机组... 详细信息

风能是当前开发和利用最广泛的可再生能源之一。为落实“碳达峰”、“碳中和”的目标任务,我国将大力推进风电产业的发展。上风向水平轴风电机组是目前应用最广泛的风电机组,通常采用机舱风速仪进行风速的实时测量。对于主流的风电机组,机舱风速仪通常位于机舱顶部、叶片下游的位置,因此测得的风速会受到叶片旋转、分离流动、机舱绕流以及机组控制规律的影响,与机组远前方来流风速存在明显差异。为提高测风精度,需要对机舱附近的近尾流结构进行分析,了解来流风速与机舱风速之间的传递关系。风电机组的变桨控制、变转速控制会改变叶片的相对位置和转速,显著改变叶片绕流,进而对近尾流产生影响。本论文中,采用CFD模拟方法,以某2兆瓦风电机组为研究对象,研究了不同变桨、变转速及偏航工况下的机舱风速特性,并对机舱上方的流动结构进行了分析。研究发现,风轮转速增大会增加机舱风速的波动。桨距角偏离设计值会使机舱风速的波动增大,且同一来流风速下,桨距角增大会使叶片流动分离强度增大,从而使测得的机舱风速偏低。偏航控制可以削弱风轮旋转对机舱风速波动的影响。根据计算结果建立了来流风速与机舱风速之间的机舱传递函数,一定程度上修正了机舱风速,修正后的机舱风速能够有效替代风电机组风轮前来流风速,并对机组超前控制和功率预测提供一定的理论支撑。在上游风电机组尾流的干涉下,下游风电机组的入流特性有显著变化。其风速风向的高频波动增加,对机舱风速可能会产生明显影响。本文对两台串列机组的机舱风速特性进行了研究。对多个稳定来流和时变来流工况下的机舱风速以及尾流特性进行了分析。研究发现,两台机组的机舱风速波动都主要受到来流风波动的影响,波动频率与来流风的波动频率一致。下游机组的来流风速被削弱,机舱风速波动小于上游机组。两台机组的波动周期一致,不存在相位上的差别。本论文的研究为风电机组的虚拟测风提供了一种思路。风电机组的前馈控制需要风速预测作为前馈信号,而机舱风速仪为风速预测提供了一个低成本的选择,为实现风速预测,需要对机组的机舱风速传递特性进行研究,建立机舱风速之间的联系。

关键词：水平轴风电机组机舱风速机舱传递函数近尾流数值模拟

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风电机组机舱风速非定常特性数值模拟研究

风电机组机舱风速非定常特性数值模拟研究

作者：刘雨农华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

随着能源需求的不断扩张和能源结构的转型,发掘清洁的可再生能源成为了重中之重。习近平主席提出了“2030年碳达峰,与2060年前碳中和”的战略目标,为我国下一阶段的能源转型指明了方向。风能作为一种可再生能源,具有清洁环保、储量丰富... 详细信息

随着能源需求的不断扩张和能源结构的转型,发掘清洁的可再生能源成为了重中之重。习近平主席提出了“2030年碳达峰,与2060年前碳中和”的战略目标,为我国下一阶段的能源转型指明了方向。风能作为一种可再生能源,具有清洁环保、储量丰富的优点,目前已被世界各国大力发展,有着很好的发展前景。大型水平轴风电机组是目前应用最广泛的风电机组,通常采用上风向运行,使用机舱风速仪实时测量风速。传统的机舱测风仪位于叶片下游、机舱上表面。来流经过叶片之后到达风速仪位置处,其测得的风速与前方实际来流风速具有一定差异,表现出很强的非定常性。想要提高机舱测风的准确性,就要对机舱上方的流动结构进行详细的分析。另外,机组的运行控制和功率预测目前广泛采用10分钟平均的机舱风速数据。这一时间尺度对于一些风速波动平缓的地区,能够较好地适用;但对于风速波动频繁,且波动幅度大的地区,会导致因调节响应不及时而造成的机组运行效率低下,或者无法及时规避极限风况等问题。采用CFD模拟,以某2MW风电机组为研究对象,研究了高、低风速以及额定风速三种风况下,机组响应控制的最小时间尺度。研究发现,保证风速测量准确性的前提下,基于机舱风速的机组控制响应时间可降低至数十秒的量级。研究了稳定来流与时变来流工况下,机舱上方的流动结构,及其对机舱风速的影响。对机舱风速进行了频谱分析。研究发现,除来流自身波动外,叶片旋转对于机舱风速影响程度最大,机舱和轮毂绕流,以及流动分离等同样会对机舱风速造成一定程度的影响。对机舱风速的频域数据进行滤波处理,将上述影响过滤之后,机舱风速能一定程度上还原来流风速。进一步对影响机舱风速的因素进行了研究。研究发现,叶片与机舱的相对旋转增强了来流的非定常特性。来流在叶根处产生流动分离,分离涡随着叶片尾流不断向下游发展。机舱的存在也抑制了叶根分离流向轮毂后方的扩散,使其沿机舱壁面向下游发展。分离流流经风速仪时,使测得机舱风速小于来流风速。在当前机舱风速仪上方。相比于原风速仪高度处,距离机舱上表面一定高度处,流动结构更稳定。此时风速波动体现了很强的周期性,表明此处风速几乎仅受叶片旋转的影响,并且波动幅度很小,更适合机舱风速仪的安放。本论文中的研究为基于机舱风速的风电机组优化调控方法提供了理论支撑。

关键词：水平轴风电机组机舱风速时变来流频谱分析 CFD模拟

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一种风力发电机组机舱风速修正方法

测控技术 2016年第11期35卷 137-140,145页

作者：刘敬智宋鹏杨伟新白恺国网冀北电力有限公司电力科学研究院智能电网与新能源研究所北京100045

风力发电机组叶轮后风速因受到叶轮遮挡,以及湍流、尾流等因素的影响,机舱风速仪测得的风速不足以准确反映风力发电机组的功率特性。为此,提出了一种风力发电机组机舱风速修正方法。该方法首先基于风力发电机组的控制策略对机舱风速进... 详细信息

风力发电机组叶轮后风速因受到叶轮遮挡,以及湍流、尾流等因素的影响,机舱风速仪测得的风速不足以准确反映风力发电机组的功率特性。为此,提出了一种风力发电机组机舱风速修正方法。该方法首先基于风力发电机组的控制策略对机舱风速进行分段,然后通过机舱风速与来流风速的相关性分析,确定拟合函数的类型,最后利用最小二乘法分段拟合得到试验机型机舱风速与来流风速的修正函数。通过实例验证表明:修正之后的风速误差更小,具有一定的实用性。

关键词：风力发电机组机舱风速来流风速最小二乘法分段拟合修正函数

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基于卷积神经网络的机舱风速修正

华电技术 2021年第5期43卷 75-79页

作者：杨明明华润电力技术研究院有限公司广东深圳518002

风电机组机舱风速计受到风机尾流和叶片扰动影响,国际电工委员会(IEC)提出的机舱传递函数无法准确描述机舱实测风速与来流风速的复杂关系。提出一种基于卷积神经网络的机舱风速修正模型,该模型采用多层卷积池化,可有效过滤风机尾流和叶... 详细信息

风电机组机舱风速计受到风机尾流和叶片扰动影响,国际电工委员会(IEC)提出的机舱传递函数无法准确描述机舱实测风速与来流风速的复杂关系。提出一种基于卷积神经网络的机舱风速修正模型,该模型采用多层卷积池化,可有效过滤风机尾流和叶片扰动的影响,高度抽象特征变量,提高修正风速的精度。工程实例表明:平原风电场中基于卷积神经网络法的计算风速与实测风速拟合精度R2达到0.8447,平均绝对误差(MAE)仅为0.071,该方法计算的功率曲线与实测功率曲线评估电量差异仅为4.07%,各项偏差指标均优于IEC机舱传递函数,充分反映出该模型在机舱风速修正方面的优越性。

关键词：风电机组卷积神经网络 IEC机舱传递函数机舱风速来流风速自由流风速功率曲线风速修正

风电机组自由流风速与机舱风速比较对功率曲线影响的分析

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风电机组自由流风速与机舱风速比较对功率曲线影响的分析

作者：尹光东方电气(天津)风电科技有限公司

风力发电机组实际运行过程中,自由流风速与测量风速进行了实验测试对比,本文对风速差异进行分析,从而阐述了两者风速差异对机组功率曲线的影响,最后提出了相应的修正解决方案。

关键词：风力发电机组实际运行功率曲线标准功率曲线自由流风速机舱风速

来源： cnki会议评论

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基于机舱风速计功率曲线测试方法研究

风力发电 2016年第2期23卷 1-8页

作者：张岩胥佳刘瑞华李韶武陈天瑞龙源北京风电工程技术有限公司北京100034 甘肃龙源风力发电有限公司兰州730050

目前进行风电机组功率曲线测试工作需要建立专门的测风塔或使用激光雷达测风仪，每个测试周期内仅能测试一台机组，无法同时测得同一风电场内同种型号的其他机组实际功率曲线，无法判断是否全部满足合同保证值，这种方法低效且价格高昂... 详细信息

目前进行风电机组功率曲线测试工作需要建立专门的测风塔或使用激光雷达测风仪，每个测试周期内仅能测试一台机组，无法同时测得同一风电场内同种型号的其他机组实际功率曲线，无法判断是否全部满足合同保证值，这种方法低效且价格高昂。本文依据机舱传递函数（NTF）法，在某平坦地形风电场内同时测得两台机组实际功率曲线及传递函数，验证了传递函数的有效性后获得了该风电场内其余相同型号机组的实际机舱风速功率曲线。通过实际测试验证了该方法的有效性，获得了测量同一风电场内相同型号的所有机组实际功率曲线高效、经济的方法。

关键词：机舱风速功率曲线测试机舱传递函数

湍流风况下风电机组机舱近尾流的数值模拟研究

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风机技术 2024年第4期66卷 60-66页

作者：汪涛卢新根王晓东樊庆洋梁翰文华北电力大学电站能量传递转化与系统教育部重点实验室中科院工程热物理研究所

水平轴风电机组机舱风速是机组控制的主要信号参数。机舱风速受风电机组来流湍流与风电机组近尾流影响,变化复杂,对风电机组的优化控制有重要的影响。本文采用计算流体力学(CFD)方法,对端流风况下风电机组机舱近尾流进行了详细分析。对... 详细信息

水平轴风电机组机舱风速是机组控制的主要信号参数。机舱风速受风电机组来流湍流与风电机组近尾流影响,变化复杂,对风电机组的优化控制有重要的影响。本文采用计算流体力学(CFD)方法,对端流风况下风电机组机舱近尾流进行了详细分析。对比研究了稳态均匀风况和瑞流风况下的近尾流的结构、机舱速度分布及其对风电机组总体性能的影响。研究发现,风电机组总体性能随流风况波动也呈现多尺度波动特征。流风况下,经过滤波后的机舱风速的时间序列和来流风速的时间序列体现出很强的相关性。对于湍流风况和稳态均匀风况,叶片/风轮旋转对风电机组机舱风速波动的影响最大。流风况会增加风电机组机舱风速的波动频率,增大波动的幅值,削弱风轮旋转对尾流和机舱风速的影响。流风况使得机舱周围的流动结构更复杂。稳态均匀风况与湍流风况下叶片吸力面叶根位置处都发生了分离流动,流强度增大了叶根位置处的流动分离。

关键词：水平轴风电机组机舱风速近尾流湍流风况数值模拟

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