大型风电机组能量流动特性研究

【摘要】：随着风力发电技术的发展，MW级大型风电机组已经全面进入产业化、商业化阶段，但风能利用率低，效益低，因此需要加大从风能到电能转化方面的研究。本文主要针对大型变桨距直驱式风电机组能量流动特性展开仿真分析，运用有关理论、方法和技术，对能量流动特性进行理论研究和现场数据分析，为提高风电机组风能利用率、提高经济效益提供参考依据。本文主要研究内容包括如下： 根据空气动力学理论与方法，建立了风速的数学模型，根据现场采集的风速数据，运用核密度估计方法，分析比较已建风速模型的合理性。 围绕风电机组能量流动特性，建立从风能到电网的能量流动仿真模型：“风能-风轮-发电机-变流器-电网”。根据风电机组参数值，仿真分析能量流动过程中风速、风轮转速、功率、机械效率、风能利用指数等之间的关系。 根据SCADA系统获得的数据开展了风电机组能量获取与流动特性分析，构建了能量转换与流动的系统模型。运用核密度估计方法对不同风速区间内的风轮转速、功率分布进行了分析，提出了基于统计数据的风能利用系数计算方法和实时风能利用系数计算方法，获得了机舱测量风速与风轮前沿来流风速之间关系描述方法。 根据大型直驱式风力发电机组能量流的数学模型，开发了基于大型直驱式风力发电机组的仿真实验平台，借助于该平台可方便直观地分析各种数据变化，为以后风电机组的进一步研究提供有效的实验平台。 【关键词】：能量流 风能 变流器 SCADA 仿真界面
【学位授予单位】：湖南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 论文研究的背景和意义9-13
• 1.1.1 风力发电产业概况9-11
• 1.1.2 风力发电机基本类型11-13
• 1.2 本文研究意义及研究内容13-15
• 第二章 风及风的仿真模型15-30
• 2.1 引言15
• 2.2 基于现场数据风的特性分析15-18
• 2.3 风速模型构建18-26
• 2.4 基于SCADA系统风速数据的核密度估计分析26-28
• 2.5 本章小结28-30
• 第三章 风电机组能量流动特性仿真分析30-60
• 3.1 引言30
• 3.2 风电机组结构及能量流动模型30-32
• 3.3 风电机组能量流动仿真模型32-51
• 3.3.1 风轮数学模型32-33
• 3.3.2 传动机构数学模型33-35
• 3.3.3 发电机数学模型35-38
• 3.3.4 发电机侧、电网侧变流器数学模型38-42
• 3.3.5 发电机侧变流器控制模型42-46
• 3.3.6 电网侧变流器控制模型46-49
• 3.3.7 统一变桨距控制模型及仿真49-51
• 3.4 能量流动仿真分析51-59
• 3.5 本章小结59-60
• 第四章 基于 SCADA 系统风电机组能量流动特性分析60-73
• 4.1 引言60-61
• 4.2 风速与风轮转速、功率关系分析61-63
• 4.3 风能利用系数分析63-68
• 4.4 机械能—电能转换与传输分析68-72
• 4.5 本章小结72-73
• 第五章 大型直驱式风电机组仿真实验平台研发73-82
• 5.1 前言73
• 5.2 风电机组仿真实验平台总体结构73-74
• 5.3 仿真系统平台开发环境74-79
• 5.3.1 开发工具74-75
• 5.3.2 系统总体设计思想75
• 5.3.3 系统设计75-79
• 5.4 调试运行分析79-81
• 5.5 本章小结81-82
• 第六章 结论与展望82-84
• 6.1 全文成果和结论82
• 6.2 研究不足与未来工作展望82-84
• 参考文献84-87
• 致谢87-88
• 附录A88

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