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1风力发电控制技术课程学习及调查报告课程学习题目：永磁直驱风力发电机结构、数学建模及控制原理调查报告题目：中国风资源电场平西与优缺姓名：王瑞杰学号：2013550430同组人员：杨双赫、王瑞杰课程老师：邓文浪提交日期：2015年12月31日2目录课程学习..........................................................1一、直驱永磁风力发电机组绪论....................................1二、直驱永磁风力发电机组结构与风动力数学模型....................1三、直驱永磁风力发电机组数学模型................................2四、直驱永磁风力发电机组运行控制原理............................6调查报告..........................................................7一、风电场风机选型和发电量估算..................................7二、风资源评估常用软件介绍.....................................13三、风电场微观选址.............................................16四、地形、气候对风的影响.......................................18学习风力发电的感想...............................................24附录.............................................................21调查报告题目：中国风资源电场平西与优缺一、风电场风机选型和发电量估算1.1风力发电机组选型1.1.1风能资源分析通过对测风塔的数据进行分析，得出代表年50m～80m高度的年平均风速、风功率密度。根据《风电场风能资源测量方法》（GB-T18710-2002）可以判断风功率密度等级，一般来说，风功率密度达到3级以上，风电场才有开发价值。各测风塔的风能主要集中某几个扇区，盛行风向稳定，才有利于风能资源的有效利用。根据风电场65～85m轮毂高度处50年一遇最大风速，风电场风机轮毂高度处15m/s风速区间的湍流强度，判定风电场工程可以选择的风力发电机组类别。表1风力机等级的基本参数1.1.2机型范围初选国内外风电场工程的经验表明，在现有的技术条件下，对于一个已知场区的风电场，单机容量选择在某个确定的范围内，项目的经济性会相对较高。在进行单机容量选择时，首先应确定一个适合于本项目的容量范围，然后在该范围内选择一种技术成熟、市场业绩良好并且经济性较高的机型。05001000150020002500345678910111213141516171819202122232425风速m/s功率kWWTG1000WTG1500BWTG1500AWTG1500CWTG2000图1不同机型功率和风速的关系风电机组选型要考虑的几个因素：⑴风轮输出功率控制方式风轮输出功率控制方式分为失速调节和变桨距调节两种。两种控制方式各有利弊，各自适应不同的运行环境和运行要求。变速变桨距机型比定速定桨距机型更具优越性，它不仅能在低风速时能够根据风速变化，在运行中保持最佳叶尖速比以获得最大风能；也能在高风速时根据风轮转速的变化，储存或释放部分能量，提高传动系统的柔性，使功率输出更加平稳。从目前市场情况看，采用变桨距调节方式的风电机组居多。⑵风电机组的运行方式风电机组的运行方式分为变速运行与恒速运行。恒速运行的风电机组的好处是控制简单，可靠性好。缺点是由于转速基本恒定，而风速经常变化，因此风力发电机组经常工作在风能利用系数(Cp)较低的点上，风能得不到充分利用。变速运行的风电机组一般采用双馈异步发电机或多极永磁同步发电机。变速运行方式通过控制发电机的转速，能使风力机的叶尖速比接近最佳，从而最大限度的利用风能，提高风力发电机组的运行效率。⑶发电机的类型发电机的类型包括异步发电机、双馈感应型发电机和多极永磁同步电机。风力发电机大多采用普通的异步发电机，正常运行中在发出有功功率的同时，需要从电力系统吸收一定的无功功率才能正常运行(机端的电容补偿只能减少从电力系统吸收无功功率的数量)，双馈感应型风力发电机的功率因数(COSφ)可以在+0.95～-0.95之间变化，也就是说可以根据电网的需要发出或者吸收无功功率，改善当地电网的电压质量，提高电力系统的稳定水平。⑷风力发电机组的传动方式风力发电机的传动方式包括齿轮传动方式与无齿轮箱直驱方式。目前，风力发电机大多采用齿轮传动，成本较低，但是降低了风电转换效率、产生噪音，是造成机械故障的主要原因，而且为了减少机械磨损需要润滑清洗等定期维护。采用无齿轮箱的直驱方式有效地提高了系统的效率以及运行可靠性，但同时也提高了电机的设计成本。根据风电场址的地形、地质特点、风资源分布情况，以及风力发电机组技术成熟、先进、可靠等要求，选择多种适合的机型，按单一机型方案进行风力发电机组的优化布置。1.1.3风电机组总体布置布置机位时需要考虑地形地貌、主导风向与主导风能方向、地面障碍物等影响因素。具体布置时因地制宜，根据风电场地形条件、建设规模、风力发电机组的型号及装机的台数进行优化布置，实现在有限的场区范围内达到最大的上网发电量和最低成本的目标。在软件优化的基础上手工调整风机位置，调整风机与防护林、村庄、线缆等地物之间的距离，考虑风机的相对集中布置，同时将尾流效应控制在合理范围内，以充分利用土地资源与风资源，减少集电线路长度，方便运输安装。1.1.4轮毂高度优化计算各机型不同轮毂安装高度下的发电量，随着轮毂高度增加，发电量增加的同时风机与塔架的运输与安装难度增大，塔筒与基础加固引起的基本投资增加。结合各风机厂家现在的生产情况、技术成熟程度和装机运行安全可靠性等因素对不同机型不同轮毂高度的发电量与经济性进行综合比较，推荐比选的几种机型的轮毂安装高度如表2。表2比选的几种机型的轮毂安装高度1.2不同机型发电量估算1.2.1年理论发电量及单机尾流的计算根据各机型单一机组的布置方案，利用软件，计算各种风机的年净发电量（尾流折减后），并计算风力发电机组的尾流损失。表3不同机型的年净发电量1.2.2空气密度修正系数由于风功率密度与空气密度成正比，在相同的风速条件下，空气密度不同则风电机组出力不一样，风电场年上网电量估算应进行空气密度修正。因此需要对软件在标准空气密度条件下计算得到的发电量进行修正。原理上可根据风功率密度与空气密度成正比的特点，将标准空气密度对应下的功率曲线估算的结果乘以空气密度修正系数进行空气密度修正。当实测空气密度偏离标准空气密度较大时，按正比关系进行修正的误差较大。根据风电场具体风资源情况，结合各机型的功率曲线，计算不同机型在对应轮毂高度处能达到额定功率前的理论发电量所占比例，仅对风机满发前的发电量按照空气密度正比关系修正进行折减。1.2.3控制和湍流折减风电机组随风速风向的变化不断调整机组的运行状态，实际运行中机组控制总是落后于风的变化，使风机的输出功率减小。根据风电场湍流强度值大小情况，对控制和湍流折减系数取值，控制和湍流系数一般取97%左右。1.2.4叶片污染折减叶片表层污染使叶片表面粗糙度提高，翼型的气动性能下降。根据风电场风沙、降雨量大小、夏季昆虫多少、冬季叶片结冰等情况，判断可能造成的叶片污染程度，对叶片污染折减系数取值，一般污染系数取97%左右。1.2.5风电机组利用率风力机维护的好坏直接影响到发电量的多少和经济效益的高低；风力机本身性能的好坏，也要通过维护检修来保持，维护工作及时有效可以发现故障隐患，减少故障发生机率，提高风机运行效率。风机维护可分为定期检修和日常排故维护两种方式。考虑风力发电机组故障、检修对发电效率的影响，将常规检修安排在小风月，根据目前风力发电机组的制造水平和已建风电场的运行经验，一般风电场风力发电机组的可利用率为95%。1.2.6功率曲线折减考虑到风电机组厂家对功率曲线的保证率一般为95%，在计算发电量时应予以考虑，因此取风电机组功率曲线保证率95%。1.2.7场用电、线损等能量损耗根据风电场地形复杂程度，地势起伏情况，集电线路能量损耗大小。估算场用电和输电线路、机组变电站损耗占总发电量的百分比，一般能量损耗系数为95%左右。1.2.8气候影响停机根据风电场区域冬季低温气温天数、风力发电机组适应的温度范围等情况，当风场的气温超出它的适应范围，风机将不再发电。低温环境下，风机的运行效率有所下降，且风机停机再启动需要温度回升区间。另外当气温下降到-10℃时风机的润滑系统也将会受到影响，0℃以下叶片表面结冰也会影响风机翼型的气动性能，使发电量降低。一般北方寒冷地区风电场低温气候影响折减按95%左右考虑。1.2.9总折减系数根据上述各项折减系数，计算出不同机型对应的总折减系数。表4不同机型的总折减系数1.2.10年上网电量测算根据风电场各种机型风机年理论发电量扣除上述发电量损失，即得出年上网发电量，从发电量指标角度，对各种机型进行比较。表5不同机型发电量指标1.3不同机型综合经济比较评价一种机型的优劣，不能仅从发电量和等效利用小时来考虑，应综合经济指标来评价。除发电量外，风电机组的价格、塔架、底座、箱变、电缆、公路以及变电站等也都是影响机型方案选择的重要因素。对风电机组进行综合指标比较，以最终确定风电场机组选型。表6不同风电机组综合指标1.4机型选择推荐意见确定风电项目机型最终推荐意见，主要考虑三个因素：一是所推荐机型方案的发电量指标优越；二是该方案投资经济指标合理，抗风险能力强；三是该方案上网电价低，即考虑综合技术经济指标优越的机型方案。根据风机在发电量、机组投资、上网电价等各项综合指标上的明显的优势，推荐一种风机作为选择方案，以此作为进一步工程设计的依据。1.5风电机组布置推荐方案对优选的机型进行进一步优化布置，考虑整体规划的影响，以获得较大发电量和最优经济效益为原则，既要保证风机间距以减小尾流损失又要考虑风机的相对集中布置以减少集电线路及道路的投资；不仅考虑每个机位最优，而且考虑各风机之间的相互影响与风机长期稳定运行的安全性，从而保证整个风电场的发电量最大，效益最好。二、风资源评估常用软件介绍随着数值模拟技术的快速发展,也由于资料分析法在资料的时空分辨率方面具有一定局限性,越来越多的高分辨率气象模式及流体力学计算软件被应用到风电场微观选址工作中.目前，最常用的风电场微观选址及风资源评估的软件有：WAsP、WindFarmer、WindPro、WindSim。2.1WAsPWAsP：WAsP(WindAtlasAnalysisandApplicationProgram)软件由丹麦RISΦ实验室开发，是基于比较平坦的地形设计的，可以由一个测风塔推算周围100km2范围内的风能资源分布。WasP软件对风能资源评估适用于区域面积小，地形相对平坦地区。WAsP可以计算定风机的发电量，可以生成风资源栅格文件，实际应用中往往和其它软件配合使用。图2Wasp的操作界面WASP的主要功能可由以下四部分组成：1、原始数据的分析原始数据的分析主要是指气象数据的分析，可对任何时间序列气象数据进行分析。将原始数据编辑成直方图表，即为WASP气象数据输入。原始数据还可依韦伯分布参数来进行分析。通过人为定义上下限，WASP将所输入的风速风向进行归类。风速分为四个等级：静风(无风)、有效风、超限风、读数错误等，主要是有效风区域内的统计值参与计算，单位m/s。风向分为12个等分，自北向东顺时针计算，每一等分为30°，称为一个扇区，在整个计算过程中，所有的考虑因素都是依照该分类来定方位并进行计算。2、风图谱数据的产生表示风速的直方图表可以转换成图谱数据组。该直方图表可从原始数据分析中得出，或者可直接由标准的气象表输入，