风速特性与风力发电机组动态耦合的研究与分析

学校代号10731学号072080201043分类号TK83密级公开硕士学位论文风速特性与风力发电机组动态特性耦合关系的研究学位申请人姓名王现青培养单位兰州理工大学导师姓名及职称高文元教授级高工学科专业机械制造及其自动化研究方向机电一体化论文提交日期2010.04学校代号：10731学号：072080201043密级：公开兰州理工大学硕士学位论文风速特性与风力发电机组动态特性耦合关系的研究学位申请人姓名：王现青导师姓名及职称：高文元教授级高工培养单位：机电工程学院专业名称：机械制造及其自动化论文提交日期：2010.04论文答辩日期：2010.05答辩委员会主席：TheCouplingResearchbetweenWindVelocityCharacteristicsandtheDynamicCharacteristicsofWindTurbinebyWANGXianqingB.E.(HenanagricultureUniversity)2007AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofScienceinMachineryManufacturingandAutomationintheGraduateSchoolofLanzhouUniversityofTechnologySupervisorProfessorGaoWenyuanApril,2010兰州理工大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权兰州理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日硕士学位论文I目录目录.................................................................I摘要...............................................................IIIAbstract.............................................................I插图索引.............................................................I附表索引............................................................II第1章绪论..........................................................11.1研究背景......................................................11.2风力发电技术的研究现状.......................................21.2.1风能的利用历史.........................................21.2.2国外风电发展现状.......................................31.2.3国内风电发展现状.......................................31.2.4我国风力发电存在的问题。...............................41.3风力发电的主要研究技术及发展趋势.............................51.4研究内容及国内外研究现状.....................................6第2章风力发电机的基础理论知识......................................82.1风力机的原理及结构...........................................82.2风力发电机的分类.............................................92.3空气动力学的相关知识........................................102.3.1贝兹极限..............................................102.3.2风力机的背面风速......................................122.3.3桨叶的几何参数........................................132.3.4叶素动量理论..........................................132.4本章小结.....................................................17第3章风力特性的建模...............................................183.1风特性......................................................183.1.1风的概念..............................................183.1.2风速的变化特性........................................183.1.3风的统计特性..........................................183.1.4风能密度..............................................193.2风能资源的评估..............................................193.2.1威布尔分布中参数k和c的估计...........................21风速特性与风力发电机组动态特性耦合关系的研究II3.2.2江苏如东地区的风速评估................................233.3风力机输入风速建模..........................................273.3.1通用风速模型的建立....................................273.3.2基于如东地区实测风速的预测风速模型...................293.3.2.1基于自回归理论的风速建模........................293.3.2.2随机过程的基本理论..............................293.3.2.3自回归模型......................................303.2.2.4基于谱密度分析的风速模型........................303.4影响平均风速的几个因素......................................333.4.1风剪对风速的影响......................................333.4.2塔影对风速的影响......................................353.4.3考虑尾流效应的风速模型................................363.5本章小结....................................................38第4章风力机组建模.................................................394.1风轮的空气动力学模型及计算..................................394.2增速机构的动态数学模型......................................414.3发电机的动态特性............................................434.3.1恒速发电机............................................434.3.2变速发电机............................................444.4控制策略....................................................454.4.1风力机运行的三个阶段..................................454.4.2理想状况下的控制策略..................................464.5本章小结....................................................46第5章基于MATLAB的风力特性与风力机组之间的耦合关系的仿真算例与分析....................................................................475.1基于Simulink软件的风速和风力机模型仿真....................475.2实测风况的模拟仿真（低风速时）..............................485.3模拟风速的仿真（高风速时）..................................525.4三种特殊状态时的耦合特性分析................................545.5本章小结....................................................57第6章总结.........................................................58参考文献............................................................59致谢................................................................62附录A...............................................................63硕士学位论文III摘要随着全球常规能源的消耗殆尽，世界各国正在努力寻找各种新能源，作为一种取之不尽、用之不竭、无污染的可再生能源——风能，成为目前各国着力发展的一个能源项目。我国是世界上少有的一个风能大国，同时也是一个能量消耗大国，因此风电的发展也越来越受到国家的重视。当前我国风电项目中的核心技术多是从国外引进，国产自主化技术相对比较低，再加上风速变化的不确定性，使得从国外引进的风力机组和中国实际风场风况的耦合情况成为一项重要的亟待解决的问题。本文在查阅大量资料和对我国现阶段的风力发电机总体发展情况进行调查的基础上，依托兰州市科技攻关项目“大型风力机组检测及监测反馈控制装置（项目编