风力发电量预测
风力发电量预测（精选10篇）
风力发电量预测 第1篇
近几年电力制造行业发展极为快速, 面临的挑战也较多。国际上“双反”情况层出不穷, 国内价格战又愈演愈烈, 部分供应商以降低产品质量为代价来换取利润, 导致产品在运行过程中发生故障的现象持续增多。由于故障引发的各类问题, 直接影响到电力工程的建设进度和竣工后设备的运行安全。基于上述原因, 自2011年起冀北物资公司组织人员不断实践, 采用国内外先进的管理理念和管理方法, 结合设备质量管理的各种经验, 对风光储输工程的设备制造过程采用了多模式并用的管理体系, 达到了完善设备质量管理方法、提高设备质量管理水平、降低设备质量管理成本的目的[1]。
2 设备制造质量问题的预测及风险控制
风光储输工程设备制造过程具有产品、零件加工工序较复杂、质量检测信息量巨大的特点, 每一个工序都可能带来大量的不确定的质量信息。因此采用较好地分析方法, 对烦琐的质量信息源进行筛选, 从而预测主要影响质量因素的信息源, 是减少质量问题发生的前期预测方法。
2.1 建立设备质量问题评价模型[2]
本评价模型是基于熵理论构建的。熵表示事物的不确定性, 同时也是信息含量的表示。熵理论能对烦琐的信息源进行筛选, 选择最小条件嫡, 并进行决策。因此, 基于熵理论的设备质量问题评价模型能从烦琐的质量信息源中筛选出主要影响质量因素的信息源 (即最小条件熵) 。通过对该信息源的分析, 就可以预测到最有可能发生的质量问题。这时, 再对预测到的质量问题进行风险评价, 根据质量问题的风险评价结果采用相对应的措施, 达到风险控制的效果。
本评价模型的数据源基础是冀北公司供应商质量信息库。其数据是冀北物资公司近些年各类电力主要物资的生产运行数据及设备质量监督数据, 结合对供应商资质业绩核实及绩效评价结果, 综合而成。评价模型通过对这些设备质量信息数据进行筛选和分析, 得出评价结果。
2.2 设备质量问题评价模型的应用实例
信息的筛选和分析主要是联合多个不一样的信息源, 通过删减不确定的信息源而获得一束可信且完备信息源组合的过程。假设A表示输入数据, B表示输出信息。用H (B/A) 表示条件熵, 条件熵越小, 则B对A的失真越小。通过这种方法, 选择条件熵最小的信息源组合, 即信息失真最小的信息源组合为最优信息源组合, 并在最优信息源组合的基础上进行决策。
在某供应商生产过程中, 影响零件/产品质量的主要原因:焊接因素、酸洗喷砂因素、卷制成型因素、下料因素等。分别用H1、H2、H3、H4表示酸洗喷砂因素、卷制成型因素、下料因素、焊接因素, 判别结构可以定义为Ω={H1, H2, H3, H4}。
其中影响设备制造的质量属性V主要有以下几种情况:未焊透、咬边不准、有裂纹、有气孔、表面光洁度不平整、弯曲度达不到标准。I为某公司生产的产品, Ii依次为筒体板、不锈钢管、封头板、碳钢、T型板。观测点为某公司的生产车间, 为管道车间、CV车间、结构模块车间。
通过上述计算, H4的计算值相对最小, 因此判别结果认为是H4, 即引起质量问题的原因可能主要是焊接因素。因此, 应调整设备质量监督重点侧重于焊接工艺, 对该公司的焊接工艺文件进行严格审查, 严控焊接过程, 提高焊接的工艺质量。
2.3 设备质量问题评价模型对应的风险控制
按照以上方法, 对所有质量问题风险点进行分析, 确立每个供应商设备质量管理的主要控制点, 针对相关预测情况制定各类物资相应的管控策略。常见的质量风险控制策略如:
3 总结
对于在工程中处于核心地位的重要设备及组部件, 属于高风险严防控的对象, 应尽量完善其设备质量管理细节;对较重要且有一定替换性的设备, 属于要降低风险减少损失的对象, 应采取关键点突出的措施;数量较多, 通用性较强的常规化规模化生产的设备, 应采取按一定比例进行设备质量管理, 有问题时及时处理, 自留风险。
摘要：随着风力发电在中国的快速发展, 风力发电设备的制造质量成为影响风电发展的重要因素。本文通过在风电设备生产中积累的实践经验结合风险预测和控制的理论算法, 总结出一套适用于风电站设备制造质量问题的预测及风险控制方法。
关键词：风力发电,制造质量,风险预测,风险控制
参考文献
[1]张庚等.变压器铁心多点接地故障及其诊断.华北电力技术, 2011.
风力发电机叶片市场研究与预测报告 第2篇
北京汇智联恒咨询有限公司
定价：两千元
〖目 录〗
第一章 全球风力发电机叶片发展状况综述
第一节 风力发电机叶片简介
第二节 风力发电机叶片制造工艺
第三节 风力发电机叶片相关政策展望
第二章 世界风力发电机叶片外部发展环境展望
第一节 全球宏观经济历史运行情况
第二节 全球宏观经济发展环境展望
第三节 固定资产投资影响因素研究
第三章 世界风电发展情况
第一节 世界风电情况
第二节 主要的风电国家发展情况
第三节 全球风能产业发展现状
第四章 中外风力发电机叶片发展状况比较
第一节 国际风力发电机叶片发展轨迹综述
第二节 中国风力发电机叶片发展状况构成第三节 主要国家风力发电机叶片发展的借鉴
第五章 国际风力发电机叶片生产格局分析
第一节 丹麦风力发电机叶片发展情况
第二节 德国风力发电机叶片发展情况
第三节 美国风力发电机叶片发展情况
第四节 西班牙风力发电机叶片发展情况
第五节 日本风力发电机叶片发展情况
第六章 全球风力发电机叶片供需态势
第一节 风力发电机叶片整体供给态势展望
第二节 风力发电机叶片需求态势展望
第七章 复合材料行业发展的影响展望
第一节 复合材料行业发展态势综述
第二节 影响复合材料行业发展的主要因素
第三节 复合材料行业发展态势展望
第四节 我国复合材料行业发展的影响展望
第八章 风电行业影响展望
第一节 风电行业发展态势综述
第二节 影响风电行业发展的主要因素
第三节 风电行业发展态势展望
第四节 风能利用发展的影响展望
第九章 风力发电机叶片国际重点企业分析（排名不分先后）
第一节 维斯塔斯
第二节 西班牙Gamesa
第三节 丹麦LM叶片公司
第十章 风力发电机叶片国内重点企业（排名不分先后）
第一节 SINOI公司
第二节 保定惠腾
第三节 天津东汽风电叶片工程公司
第四节 中复连众
第五节 上海玻璃钢研究院
第六节 新疆金风
第七节 恩德东营
第八节 华翼风电叶片研发中心
第十一章 风力发电机叶片行业发展展望
第一节 全球风力发电机叶片发展规模预测
第二节 全球风力发电机叶片成长速度预测
第三节 全球风力发电机叶片发展格局展望
第十二章 风力发电机叶片投资机会与风险
第一节 风力发电机叶片投资机会
第二节 风力发电机叶片投资风险
第三节 风力发电机叶片投资策略
第十三章 风力发电机叶片行业SWOT分析
第一节 当前风力发电机叶片企业发展的优劣势分析
第二节 我国风力发电机叶片企业的机会与威胁分析
一、风力发电机叶片企业发展的市场机会分析
美国“试水”海上风力发电 第3篇
不过，就在离岸边500米远的海上，未来的气息透过灰色的薄雾若隐若现。一台淡黄色的风力涡轮机在波浪中摇晃，薄薄的叶片缓慢地旋转着。这个20米高的家伙建于去年6月，是一种试验性漂浮设计，规模只有实际大小的1/8。它最多可提供20千瓦电力，基本够6个美国家庭用电。不过，因为是美国近海唯一的海上风力发电场，这个被称为VolturnUS的建筑物正引发广泛关注。
过去几十年间，其他国家如比利时、英国、丹麦和德国在其海岸线周围建造了大规模的涡轮机发电场。然而，由于环境顾虑、官僚制度和政治反对，美国开发海上风电的努力一直没有结果。不过，一切或许将很快得以改观。生态研究显示，经过周密计划建立的风电场不会明显伤害到鸟类或海洋哺乳动物。商业人士和政客对开发和投资海上风电的兴趣也日益增加。
今年5月，美国能源部拨款给新泽西州、俄勒冈州和弗吉尼亚州的3个示范项目。一些州政府也正在为其建造海上风电场的雄心开辟道路，开发商则表示他们最快可于明年开始在海洋中安置涡轮机。
從理论上讲，这种潜力是巨大的。包括难以达到的深水地区，美国近海预计可产生4万亿瓦电力，足够提供4倍于该国现有用电需求的电量。不过，在该领域获得快速发展前，支持者不得不证明海上风电在经济意义上可以同其他能量来源竞争，而且必须清除各州和联邦政府在管制海上风电项目时设置的各种错综复杂的规定。
风力发电量预测 第4篇
风力发电机闸瓦摩擦系数的大小与闸瓦温升、速度和压力三个参数密切相关[1,2]。由于风力机在高速运转下实施制动的过程中闸瓦温升会急剧上升,会使摩擦系数急剧减少,从而严重影响了制动性能[3,4]。因此,积极开展对风力发电机制动闸摩擦系数预测方法的研究具有重要意义[5,6]。
1 制动闸的摩擦实验
对国产闸瓦进行了摩擦实验,总结了速度、压力和温升对摩擦系数的影响。实验电路如图1所示,控制器采用西门子S7-200的CPU224,而数据采集模块选用EM235,传感器有3个。分别为压力传感器、温度传感器和速度传感器,其输出信号均为4mA～20mA的标准信号。传感器将实时采集好信号之后,把信号传送给EM235进行A/D转换,得到的数字信号再传给CPU224进行处理,用于显示和报警。实验曲线如图2所示。
2 闸瓦摩擦系数预测模型
通过对图2的实验曲线进行分析可知,摩擦系数与温升、速度、压力呈非线性关系。且不同厂家、不同材料的闸瓦其摩擦系数差别很大。因此,应将温升、速度与压力对摩擦系数的影响进行综合考虑。由于人工神经网络能较好的反映非线性输入输出的映射关系[1]。因此,本文提出了利用神经网络来建立闸瓦摩擦系数的预测模型。
采用三层BP神经网络构造的神经网络预测模型如图3所示。将归一化的特征参数x1(温升)、x2(速度)、x3(压力)作为网络模型的输入信号,μ(摩擦系数)为输出信号,神经网络预测模型的训练样本如表1所示。
其中取学习率为0.01,误差为0.003,训练步数为2000,利用表1作为训练样本对模型进行训练,训练结束后得到权值矩阵为W1和W2。
图4为神经网络模型的训练误差曲线。
重新取新的数据x1=0.04,x2=0.83,x3=0.41代入上述训练好的模型中,得到的摩擦系数预测值为:0.3532,满足实际要求。
3 摩擦系数对制动安全的影响
通过上述分析可知,当闸瓦温升T>100℃时,摩擦系数就会急剧下降,严重影响风机的安全制动。而风力发电机运动方程可描述如下:
闸瓦摩擦系数μ可利用神经网络模型求出并代入式(1)。由于F与时间呈非线性关系使式(1)不好求解,为此可以把摩擦系数和系统运行速度在小的时间间隔Δt内看作常数,求出制动力矩,并利用式(1)求出系统的减速度
式中,系统前一时刻运行的速度和距离分别用Vt-1ht-1表示。方程的意义为系统安全的前提是Vt必须在有效行程内降为零,否则有可能发生事故。
案例分析:
风力发电机制动闸参数:∑m=91089kg,Q=82600(N),h2=40(1/m2),M=16Mn,λ=53.2W/m℃,α=1.429910-7,Bi=0.22;F=63700(N), r2=1.80m,Z=0.03m,P=2,R=1.83m,Rm=r=1.68m,r1=1.58m,利用给出的条件求出相关参数如表2所示。
通过对表2分析后可以看出,闸瓦热稳定性对安全运行的影响是巨大的,即使在超速运行时采用热稳定性好的闸瓦也可以让风机停机;而超速运行时采用热稳定性差的闸瓦则不能使风机刹住车,但在正常载荷时则可以把风机停住。
4 结束语
开展了风力发电机安全运行影响机理的研究,建立了基于神经网络的闸瓦摩擦系数预测模型;得出了如下结论:速度、压力和温升时影响风力发电机制动闸摩擦系数的三个重要参数,其中温升影响最大,因此,建议企业一定要选择热稳定性好的闸瓦并在使用前进行相关试验。应建立完善的制动闸状态检测系统,对速度、温升、压力进行检测,以避免在超速紧急制动时发生事故。
参考文献
[1]周东华,叶银忠.现代故障诊断与容错控制[M].北京:清华大学出版社,2000,6:121-123.
[2]葛世荣.矿井提升机可靠性技术[M].北京:中国矿业大学出版社,1994:44-47.
[3]肖兴明.摩擦提升重大事故分析及预防[M].北京:中国矿业大学出版社,1994:78-79.
[4]肖运启.双馈型风力发电机励磁控制与优化运行研究[D].北京:华北电力大学,2008.
[5]王子瑞,杨洪彬.风力发电机刹车元件摩擦系数测量装置的研制[J].机电工程技术,2009,3(9):46-47.
风力发电量预测 第5篇
【中文摘要】本文主要研究了风力发电变桨距控制系统。首先介绍了风力发电机组的运行原理,在此基础上建立了大型变桨距变速风力发电机的模型,设计出PID控制器。然后重点讨论了在高风速情况下桨距角控制问题。为了改善系统在恒功率输出运行区域内的动态性能,本文设计了自抗扰控制方法的风力发电系统变桨距控制器,仿真结果表明这种方法可以有效抑制随机风扰动下电机转速偏差,实现恒功率控制。
【英文摘要】This paper mainly studied pitch control system of wind turbine.Firstly, it introduced the development of wind power at home and abroad, the operating principles of wind turbines, and constructed the models of a large-scale variable pitch variable speed wind turbine based on those principals and design a PID controller.Then it focused on the variable blade pitch control in the case of high wind speed.In this thesis, a new pitch controller based on the control theory of active disturbance rejection is deve...【关键词】风力发电机组 变桨距控制 自抗扰控制
【英文关键词】wind turbine variable pitch control active disturbance rejection control
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【目录】自抗扰控制技术在风电变桨控制系统中的应用5-6
Abstract6
第一章 绪论9-181.2 国内外风力发电现状
摘要
1.1 风力发
电的意义和研究背景9-1010-1410-1212-14
1.3 风力发电技术目前的研究现状和难题1.3.1 定桨距失速调节技术与变桨距技术1.3.2 恒速恒频风力发电技术与变速恒频发电技术1.4 风力发电控制技术的发展14-17
1.4.1 风
力发电系统的传统控制方法14制方法14-17
1.4.2 风力发电机组的现代控
第二
1.5 论文的主要内容及安排17-18
18-33
章 变桨距风力发电机组结构与工作原理机组的结构形式18-1919-21建立23-26型24-25
2.1 风力发电
2.2 风力机空气动力学理论
2.4 风机机理模型的2.4.2 传动机构模
2.5 风力发电
2.3 风能利用系数21-23
2.4.1 风轮模型23-24
2.4.3 异步发电机模型25-26
26-32
控制系统仿真实例26-2828-3032-33用33-48
2.5.1 系统模型的搭建
2.5.2 PID控制器及MATLAB系统仿真图2.5.3 仿真结果30-32
2.6 本章小结
第三章 自抗扰控制在风力发电变桨距控制系统中的应3.1 自抗扰控制基本原理
33-36
3.2 自抗扰
控制器的离散算法实现36-373.3 自抗扰控制器的高阶扩展
37-393.4 自抗扰控制器参数整定39-42
3.6 本章小结47-48
3.5 仿真与第四章 结论和展
结果分析42-47望48-50
参考文献50-55在学期间发表的学术论文和
作者简介57
风力发电量预测 第6篇
关键词：风能,风力发电机组,风电系统
0 引言
众所周知,可再生能源有水能、风能、太阳能、生物质能、潮汐能、地热能六大形式。其中,风能源于太阳辐射使地球表面受热不均、导致大气层中压力分布不均而使空气沿水平方向运动所获得的动能。据估计,地球上可开发利用的风能约为2107MW,是水能的10倍,只要利用1%的风能即可满足全球能源的需求[1]。在石油、天然气等不可再生能源日益短缺及大量化石能源燃烧导致大气污染、“酸雨”和“温室效应”加剧的现实面前,风力发电作为当今世界清洁可再生能源开发利用中技术最成熟、发展最迅速、商业化前景最广阔的发电方式之一已受到广泛重视。文中阐述了风力发电机组及恒速恒频、变速恒频风力发电系统的基本结构和工作原理,综述了国内外风力发电技术的发展现状和发展趋势。
1 风力发电机组的基本结构和工作原理
典型的风力发电机组主要由风轮(包括叶片、轮毂)、(增速)齿轮箱、发电机、对风装置(偏航系统)、塔架等构成(图1)。其工作原理为:风以一定的速度和攻角流过桨叶,使风轮获得旋转力矩而转动,风轮通过主轴联接齿轮箱,经齿轮箱增速后带动发电机发电。
由于风力发电机组频繁起停,风轮转动惯量又很大(大型风力发电机组的单个叶片重达数吨),故风轮的转速设计值较低,通常为20～30r/min(机组容量越大,转速越低)[2];另一方面,为了限制发电机的体积和重量,其极对数较少,故在风轮与发电机间通常设置增速齿轮箱,将风轮输入的较低转速增速到1000～1500r/min[1]以满足发电机所需。
风力机按风轮主轴的方向分为水平轴、垂直轴两大类;对水平轴风力机,需要风轮保持迎风状态,根据风轮是在塔架前还是在塔架后迎风旋转分为上风向和下风向两类。现代风力发电机组大多数采用上风向(风轮在塔架前面迎着风向旋转)、水平轴式(风轮的旋转平面与风向垂直、旋转轴与地面平行)、3叶片,且在大型机组中采用变桨距风轮,即桨叶与轮毂不象传统的定桨距失速型那样采用刚性联接,而是通过可转动的推力轴承或回转支撑联接,以使叶片攻角可随风速变化进行调整从而对风轮进行调速(限速)。
偏航系统是上风向水平轴式风力机风轮始终保持迎风状态及提供安全运行所需锁紧力矩的特有伺服系统,其通过驱动机舱围绕塔架的垂直轴转动以使风轮主轴保持与稳定的风向一致;另外,当因偏航动作导致机舱内引出电缆扭绞时,偏航系统应能自动解除扭绞。
风力发电机组中的发电机一般为异步发电机(包括笼型、绕线型)或同步发电机(包括永磁、电励磁),采用何种形式的发电机主要取决于风力发电系统的形式。
根据风力机的基础理论,风力机从自然风中捕获风能所获得的机械功率为[2]
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式中:Pm 机械功率,W;
v1 距离风机一定距离的上游风速,m/s;
ρ 空气密度,kg/m3;
S 风轮的扫风面积,m2;
Cp 风能利用系数。德国的空气动力学家贝兹(Albert Betz)1926年提出的“贝兹极限”[2,4,5]表明:风力机的实际风能利用系数Cp<0.593。
风能利用系数Cp是体现风轮气动特性优劣的主要参数,其是叶尖速比λ和桨叶桨距角β的非线性函数,而叶尖速比λ为风轮叶片叶尖的线速度与风速v1之比,即
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式中:n 风轮的转速,r/min;
ω 风轮的角速度,rad/s;
R 风轮的半径,m;
v1 上游风速,m/s。
图2和图3分别为基于某定桨距风力机四参数模型、某变桨距风力机七参数模型的Cp-λ曲线[6]。
图2表明,当桨距角保持不变时,风能利用系数Cp只在对应最佳叶尖速比λopt点处获得最大值Cpmax。
显然,在不同的风速下,若通过调节风轮的转速使其叶尖速比λ=λopt,则可维持风力机在最大风能利用率下运行,这正是变速风力发电机组转速控制的基本目标。
图3表明,同一叶尖速比下,不同的桨距角对应不同的风能利用系数,因此,通过改变桨距角可控制风力发电机组的功率。事实上,与功率输出完全依靠桨叶气动性能的定桨距风电机组相比,桨距角可控制的变桨距风电机组具有如下优势[2]:在额定功率点以上输出功率平稳;在额定点风能利用系数较高;可保证在高风速段输出额定功率;优良的起动、制动性能。
2 风力发电系统的基本结构和工作原理
风力发电系统从形式上有离网型、并网型。离网型的单机容量小(约为0.1～5kW,一般不超过10kW),主要采用直流发电系统并配合蓄电池储能装置独立运行;并网型的单机容量大(可达MW级),且由多台风电机组构成风力发电机群(风电场)集中向电网输送电能。另外,中型风力发电机组(几十kW到几百kW)可并网运行,也可与其它能源发电方式相结合(如风电-水电互补、风电-柴油机组发电联合)形成微电网。并网型风力发电的频率应保持恒等于电网频率,按其发电机运行方式可分为恒速恒频风力发电系统和变速恒频风力发电系统两大类。
2.1 恒速恒频风力发电系统
恒速恒频风力发电系统中主要采用三相同步发电机(运行于由电机极对数和频率所决定的同步转速n0)、鼠笼式异步发电机(SCIG)。且在定桨距并网型风电机组中,一般采用SCIG,通过定桨距失速控制的风轮使其在略高于同步转速n0的转速(一般在(1～1.05)n0之间)稳定发电运行。图4为采用SCIG的恒速恒频风力发电系统结构示意图,由于SCIG在向电网输出有功功率的同时,需从电网吸收滞后的无功功率以建立转速为n0的旋转磁场,这加重了电网无功功率的负担、导致电网功率因数下降,为此在SCIG机组与电网之间设置合适容量的并联电容器组以补偿无功。在整个运行风速范围内(3m/s
恒速恒频风力发电系统具有电机结构简单、成本低、可靠性高等优点,其主要缺点为:运行范围窄;不能充分利用风能(其风能利用系数不可能保持在最大值);风速跃升时会导致主轴、齿轮箱和发电机等部件承受很大的机械应力。
2.2 变速恒频风力发电系统
为了克服恒速恒频风力发电系统的缺点,20世纪90年代中期,基于变桨距技术的各种变速恒频风力发电系统开始进入市场,其主要特点为:低于额定风速时,调节发电机转矩使转速跟随风速变化,使风轮的叶尖速比保持在最佳值,维持风电机组在最大风能利用率下运行;高于额定风速时,调节桨距以限制风力机吸收的功率不超过最大值;恒频电能的获得是通过发电机与电力电子变换装置相结合实现的。目前,变速恒频风电机组主要采用绕线转子双馈异步发电机,低速同步发电机直驱型风力发电系统亦受到广泛重视。
a) 基于绕线转子双馈异步发电机的变速恒频风力发电系统
绕线转子双馈异步发电机(DFIG)的转子侧通过集电环和电刷加入交流励磁,既可输入电能也可输出电能。图5为基于绕线转子双馈异步发电机的变速恒频风力发电系统结构示意图,其中,DFIG的转子绕组通过可逆变换器与电网相连,通过控制转子励磁电流的频率实现宽范围变速恒频发电运行,其工作原理为:转子通入三相低频励磁电流形成低速旋转磁场,该磁场的旋转速度n2与转子机械转速nr相叠加,等于定子的同步转速n0,即
nr±n2=n0 (3)
从而在DFIG定子绕组中感应出相应于同步转速n0的工频电压。当发电机转速nr随风速变化而变化时(一般的变化范围为n0的30%,可双向调节),调节转子励磁电流的频率即可调节n2,以补偿nr的变化,保持输出电能频率恒定。
图5所示变速恒频方案由于是在转子电路中实现的,而流过转子电路的功率是由DFIG转速运行范围所决定的转差功率,一般只为额定功率的1/4～1/3,故显著降低了变换器的容量、成本。此外,调节转子励磁电流的有功、无功分量,可独立调节发电机的有功、无功功率,以调节电网的功率因数、补偿电网的无功需求。事实上,由于DFIG转子采用了可调节频率、幅值、相位的交流励磁,发电机和电力系统构成了“柔性连接”[7]。徳国DeWind公司生产的D6型机组(其额定功率为1250kW,起动、额定、切出风速分别为2.5m/s,13m/s,28m/s)是采用这种变速恒频方案的典型产品[2]。
b) 基于低速同步发电机的直驱型风力发电系统
直驱型风力发电系统中,风轮与永磁式(或电励磁式)同步发电机直接连接,省去了常用的升速齿轮箱。图6为永磁直驱型变速恒频风力发电系统结构示意图,风能通过风机和永磁同步发电机(PMSG)转换为PMSG定子绕组中频率、幅值变化的交流电,输入到全功率变换器中(其通常采用可控PWM整流或不控整流后接DC/AC变换),先经整流为直流,然后经三相逆变器变换为三相工频交流电输出。该系统通过定子侧的全功率变换器对系统的有功、无功功率进行控制,并控制发电机的电磁转矩以调节风轮转速,实现最大功率跟踪。与基于DFIG的风力发电系统相比,该系统可在较宽的转速范围内并网,但其全功率变换器的容量较大。与带齿轮箱的风力发电系统相比,该系统提高了效率与可靠性、降低了运行噪声,但发电机转速低,为获得一定的功率,发电机应具备较大的电磁转矩,故其体积大、成本高。
3 风力发电技术的发展现状及发展趋势[1,2,5,6,7,9,10,11,12,13]
丹麦的Poul la Cour教授是风力发电研究的先驱者,1891年他在丹麦的Askov 成立了风力发电研究所并安装了试验用的4叶片风力发电机。到1910年,丹麦已建成100座5～25kW的风力发电站。但从19世纪末到20世纪初期实现的风力发电均为小容量直流发电。
1931年,在前苏联的Balaclave建成世界上第一座中型风力发电机,其容量为100kW。1957年,丹麦成功制造了风轮直径24m,额定功率200kW的Gedser(盖瑟)风力发电机组,其为三叶片、上风向、采用定桨距风轮失速调节限制机组的功率、带有电动机械偏航、采用异步发电机。1983年,美国波音公司研制的MOD-5b型风力发电机组(额定功率3.2MW、风轮直径98m)投入运行。到1990年末,世界上已有多个生产兆瓦级风力发电机组的制造商。
起源于丹麦的定桨距失速控制方式因结构简单、性能可靠,曾在相当长的时间内占据主导地位,但随着风力发电机组趋向大型化和兆瓦级机组的商业化,全桨叶变距控制成为发展趋势。
进入21世纪,陆地风力发电机组的主力机型单机容量为2MW,风轮直径为60～80m,近海风力发电机组的主力机型单机容量多为3MW以上;大型变速恒频风力发电技术已成为主要发展方向。其中,双馈型变速恒频风力机组是目前国际风力发电市场的主流机型,直驱型风力发电机组以其固有的优势正日益受到关注(ENERCON公司2006年生产的直驱型风力发电机组在德国市场销售量第一)。事实上,从定桨距恒速恒频机组发展到变桨距变速恒频机组,可谓基本实现了风力发电机组从能够向电网提供电力到理想地向电网提供电力的最终目标。
2001年以来,全球每年风电装机容量增长速度为20%～30%,风力发电已成为世界上增长速度最快的清洁能源。到2008年底,全球风电装机容量已达1.20亿kW,前3位的国家分别是美国、德国、西班牙。
我国的风电发展主要集中在2003年以后。近年来,显示出前所未有的发展势头。到2008年底,风电机组总装机容量达1215.3万kW,位列全球第4。随着我国风电装备制造业的快速发展,我国的华锐风电、金风科技两家企业进入2008年全球大型风电机组制造商前10名[11]。目前,国内风电制造技术发展呈现的主要特点为:兆瓦级风电机组已成为主流机型;变桨距、变速恒频技术得到广泛采用;双馈异步发电技术仍占主流;直驱型风电机组发展迅速。
综观世界风力发电近几年迅猛发展的轨迹,呈现出如下发展趋势及发展动态:
风力发电和光伏发电并网问题研究 第7篇
关键词：风力发电,光伏发电,并网问题
0引言
风力发电是根据自然界的风力进行供电的一种方式, 而光伏发电是直接对太阳能进行使用的一种方式, 对于这两种新型能源提供方式来说, 其对于我国能源的节约以及环境的保护都具有积极的意义。但是, 由于这两种能源同我国传统使用的能源类型相比具有一定的差异, 就使其在实际调度以及运行的过程中难免会存在一定的问题, 对此, 就需要我们能够对这部分问题产生的原因进行良好地掌握, 从而更好地找寻解决的办法。
1风力发电和光伏发电并网过程中所存在的问题
对于光伏以及风力发电来说, 其所具有的发电功率波动都较大, 且具有较大的不确定性。对于使用风力以及光伏发电, 容量较大的系统就需要具有更高的发电备用容量以及输电网络容量。但是, 即使具备这部分条件其在并网的过程依然会出现一定的问题:
1.1孤岛效应所谓孤岛效应, 就是如果电力企业在实际供电的过程中由于维修以及出现故障而使电力出现了中断的现象, 那么用户端的发电系统却不能够及时地对这种停电行为进行检测, 从而将自身切离市电网络, 进而将周围的光伏以及风力发电网络形成一种脱离电力企业掌控的一个孤岛, 而出现这种情况的频率也会随着光伏以及电力发电量的增大而增大。如果出现了这种孤岛效应, 那么就很可能对电力企业线路的维修以及工作人员造成威胁;使配电系统中的保护开关动作程度受到影响, 并很可能会由于出现较大的冲击电流而对电力系统中设备的安全运行造成威胁;因为孤岛区域所存在的频率以及电压的波动性使系统设备受到危害等等。
1.2可靠性问题对于光伏以及风力发电方式来说, 其在实际应用过程中还存在着一定的不可靠性, 其主要表现为:首先, 当电力系统出现停电情况时间, 就会使光伏以及风力发电工作也会暂停, 不能够良好地提升供电工作的可靠性;其次, 如果两者在继电保护方面没有进行良好的落实, 那么也会使继电保护出现误动作的情况, 也会对可靠性产生影响;最后, 如果在安装环节中没有选择好两者的连接方式以及安装地点, 也会对整个系统的可靠性产生影响。而对其产生影响最大的就是风速灰根据天气所存在的随机性, 以及光照根季节以及天气所存在的不稳定情况, 从而使通过这两种方式进行供电的系统电压情况变化较大, 不能够使我们很好地对其进行预测。
1.3电网效益问题对于光伏以及风力发电方式来说, 其在接入系统之后可以将配网中原有的部分设备变成备用以及闲置的状态, 比如在这两种发电方式运行的过程中, 同配电系统相连接的电缆线路以及配电变压器往往会由于自身所具有的负荷情况较小而出现轻载的情况, 从而直接使配电设备成为两种新能源发电方式的备用设备, 进而造成整个配电网的成本增加、效益降低的情况。
2风力发电和光伏发电并网问题的解决措施
2.1构建风力发电和光伏发电系统的研究验证环境
2.1.1建模研究与验证环境对于风力发电和光伏发电系统来说, 需要能够首先对其发电系统的特性进行研究, 并在相应的电力分析软件中对这两种发电系统建立起全面的动态以及静态模型, 并将光伏发电同控制器的两种特性进行全面的比较, 并在比较的基础上建立起一套完善且全面的风力发电和光伏发电控制系统模型, 从而通过在电力软件对这两种发电系统所具有的供电能力进行计算的基础上, 为后续风力及光伏发电的验证以及测试打好基础。
2.1.2仿真实验环境在对风力及光伏发电系统进行建模研究之后, 也需要能够适时地对风力及光伏发电典型的案例进行研究, 并对典型案例的发电系统、运行方式、故障场景以及对其进行控制的措施进行研究分析, 之后再对这部分案例进行仿真计算, 从而能够通过这种方式不断地积累相关经验, 并以建立专门数据库的形式将这部分成功的参数以及做法为后续工作的开展作出保障。
2.2深入研究风力及光伏发电系统同电网共同作用的机理当风力及光伏发电网络通过微网的方式同电网进行连接之后, 两者间所具有的作用情况则是十分复杂的, 且会对电网的运行特性产生较大的影响。而对于这种情况来说, 则需要能够通过全新的方式对影响情况进行分析, 并且需要通过全新的分析方式对配电系统的稳定性以及同微网之间的影响进行研究, 从而通过这种形式来找出主网同微网之间所存在的本质区别以及发展的方式。
2.3研究新型配电系统的方式在对风力及光伏发电并网工作所具有的特点进行一定的掌握之后, 则需要对配电系统的方法以及规划理论进行一定的研究。首先, 需要找出风力及光伏发电电源的优化位置、容量以及选址情况, 从而以此为基础进一步地对风力及光伏发电的控制方式、并网方式以及接入位置等等进行研究, 并更好地分析电网对于电压波动以及电压谐波所产生的影响。而在实际开展规划的过程中, 也需要能够充分地对风力及光伏发电在电网运行过程中的合理性进行考虑, 并对其影响进行评估, 从而在电力系统的层面上保证整个配电网络能够以一种环保、经济、安全的方式运行。
2.4风力及光伏发电电网运行的控制设备及技术
2.4.1对于光伏发电系统而言, 其通过微网接入到系统之中, 从而以一种非常彻底的方式对系统故障原有的特征进行了改变, 而这也会使电网在出现故障后一系列电气量方面具有了非常复杂的变化, 而以往经常使用的故障检测方法以及保护方式也会因此而受到较大的影响, 对此, 就需要我们能够努力地根据实际情况, 在今后不断地研究新的电网保护方式以及新技术。
2.4.2当整个电网系统出现故障时, 并网分布式电源则会同主网断开, 并能够继续以独立运行的方式向本地符合继续进行供电。而面对这种情况, 为了能够更好地保障用电的质量以及安全, 就需要我们能够及时地对这种孤岛情况进行检测, 并对这种孤岛同系统所分离的部分实行适合的调控措施, 并在整个系统故障解决、恢复运行之后再继续以并网的方式运行。同时, 还需要我们能够努力研制出更及时、更准确的孤岛检测方式, 以及在紧急状态下对于孤岛进行划分的优化技术, 从而能够在系统产生故障时能够更好地对故障进行切除、更好地恢复供电。
3结束语
总的来说, 电力是我国目前社会以及经济发展过程中非常重要的一个环节, 而风力及光伏发电则更是保障我国电力事业良好发展、保护我国环境以及能源的有效方式, 需要我们能够对其引起充分的重视。在上文中, 对于风力及光伏发电的并网问题以及解决措施进行了一定的研究分析, 而在实际操作的过程中, 也需要能够充分地联系实际, 并以新知识、新技术的应用来保障风力及光伏发电技术能够更好地为我们所服务。
参考文献
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风力发电量预测 第8篇
风力发电机是风电系统中实现风能转换为电能的核心部件,在发展初期均采用小容量直流发电机,随着风电机组向大型化方向发展,交流发电机已成为当今风力发电机的主要形式,如表1所示[4]。
现阐述了表1所示并网型风电机组常用的交流发电机及其电力电子变流装置的基本结构和工作原理,综述了具有商业化发展前景的新型风力发电机,展望了风力发电机及其电力电子变流技术的发展趋势。
1 常用的并网运行风力发电机
a) 笼型异步发电机
笼型异步发电机的定子绕组为三相对称绕组,转子绕组采用笼型结构。当频率为f1的三相对称电流通入极对数为p的三相对称绕组,则在定、转子气隙内建立同步转速n0如式(1)所示的旋转磁场,即
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异步电机转子的转速nr与n0不可能相等,转差率s是表征其运行状态的基本变量,即
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在风力机驱动下, 笼型异步电机发电运行时, nr一般在(1～1.05) n0之间, 故称为恒速风力发电机,其优点是结构简单、成本低、可靠性高,故在定桨距(失速型)并网型风电机组中得到了广泛应用,且为了提高定桨距风电机组在低风速运行时的效率,其普遍采用了“双速发电机”,即低风速时,绕组极对数p=3的小发电机工作;高风速时,绕组极对数p=2的大发电机工作[6]。
由于并网前笼型异步发电机尚未建立电压,为了获得平稳的并网过渡过程、限制并网瞬间的冲击电流,不仅应在发电机相序与电网相序相同和发电机转速接近同步转速n0时并网,且应采用晶闸管软并网技术,即在发电机定子和电网之间每相串入双向晶闸管,控制其导通角以控制并网时的冲击电流。另外,为了减轻电网无功功率的负担,应在笼型异步发电机机端并联电容器以提供建立磁场所需的励磁电流、补偿无功。
b) 绕线型异步发电机
绕线型异步发电机的转子绕组为连接成星形接法的三相对称绕组,可通过电力电子装置调整转子回路电阻,使其在最小值(转子绕组电阻)和最大值(转子绕组电阻与外接电阻之和)间变化,进而使发电机可稳定运行的转差率绝对值范围扩大为0.6%～10%,构成图1所示的“有限变速异步风力发电机”[1,3],实现在一定的风速范围内,发电机变速运行,不调节风力机叶片桨距而维持发电机输出额定功率,既减小了风速频繁变化时的功率波动,又避免了变桨距控制系统频繁动作。
如图1所示,转子电流指令与实测值比较后经电流控制算法得到PWM信号的占空比,PWM信号经栅极驱动电路控制IGBT主开关S的导通与关断以控制转子电流,从而等效调整转子回路电阻,即调节转差率,实现异步发电机一定范围内的变速运行。这种与变桨距风力机配合,转子电流受控的绕线型异步发电机的局限为:外接转子电阻消耗能量,降低了发电机效率;变速范围有限,至多可获得相对于同步转速10%左右的转速变化。
c) 有刷双馈异步发电机
有刷双馈异步发电机(Doubly fed induction generator, DFIG)是绕线型转子三相异步发电机的一种,其转子侧通过集电环和电刷加入交流励磁变流器,如图2所示。
图2中的转子励磁变流器采用了IGBT构成的PWM整流-PWM逆变型式的交-直-交静止变频器,其具有能量双向流动的能力,且通过控制转子励磁电流的频率为转差频率(即sf1)实现宽范围(70%～130%同步转速)变速恒频发电运行;通过调节转子励磁电流的有功、无功分量,可独立调节发电机的有功、无功功率,从而调节风力机转速以实现最大风能捕获跟踪控制、调节电网的功率因数以补偿电网的无功功率需求。
与改变转子回路电阻实现“有限变速”的绕线型异步风力发电机相比, DFIG的转子能量没有消耗在转子回路,而是通过电力电子变流器在转子与电网之间双向流动。事实上, DFIG具有相对同步转速±30%左右的可变速范围,即使转子转速低于同步转速时也可发电运行(亚同步运行),定子绕组并网后始终输出电功率,而转子绕组端口的电功率流向则由转差率s的正负决定。
d) 多极同步发电机
同步发电机的定子与异步发电机相同,转子上有直流励磁绕组(电励磁式)或永久磁钢(永磁式) 。在风力机驱动下,转子以转速nr旋转, 旋转的转子磁场切割定子三相对称绕组,产生频率f1如式(3)所示的三相对称定子感应电势和感应电流,而定子三相对称感应电流建立的定子旋转磁场转速n0与转子转速(即转子磁场转速)相同,即
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随着风电机组向大型化方向发展, 多级增速齿轮箱故障率高、效率低、噪音大等问题日益突出, 多级增速齿轮箱传动向直驱型(无齿轮箱,风轮直接驱动多极发电机)、半直驱型(风轮经单级增速齿轮箱驱动多极发电机)方向发展已成趋势。
图3为采用多极永磁同步发电机的直驱型变速恒频风力发电系统示意图。
图3中的全功率变换器采用了PWM可控整流后接电压源型PWM逆变器的“三相双PWM变换器”拓扑,永磁同步发电机定子输出的频率、幅值变化的交流电经发电机侧PWM变换器整流为直流,然后经网侧PWM变换器将直流逆变为与电网同频率的三相交流电。该系统通过发电机侧PWM可控整流器控制系统有功、无功功率,并控制其电磁转矩以调节风轮转速,实现最大功率跟踪;而网侧PWM逆变器则以保持直流母线电压恒定为控制目标以实现输入输出能量平衡。
低速同步发电机除采用永磁式外,也可采用电励磁式,同样可实现直驱型风力发电系统[3] 。
2 新型风力发电机
a) 无刷双馈异步发电机
采用无刷双馈异步发电机(brushless doubly induction fed generator,BDFG)的风电系统如图4所示。
BDFG转子为自行闭合的环路结构。定子有两套极数不同、相互独立的绕组,分别为功率绕组、控制绕组,其作用分别相当于有刷双馈异步发电机中的定、转子绕组,当电机转速变化时,只要经双向变流器调整控制绕组电流频率,即可使功率绕组电流频率与电网相同,实现与有刷双馈异步发电机相同的变速恒频控制目标。
b) 开关磁阻发电机
开关磁阻发电机(Switched reluctance generator,SRG) 结构坚固、简单、成本低,其定、转子均为凸极结构, 定子绕组为集中线圈, 转子无任何绕组亦无永磁体,最大允许温升较高,适用于环境恶劣场合,功率变换器是单极性的,相绕组与主开关串联,安全裕度较大。
图5为采用SRG的风力发电系统结构示意图,SRG的转子由风力机驱动旋转,借助转子位置传感器实现位置闭环控制,功率变换器为SRG提供励磁电源,且以相绕组续流电流给蓄电池充电的方式提取SRG所发出的电能,然后通过逆变器将直流电能变换为交流电。
c) 定子永磁同步发电机
永磁同步发电机无需外部提供励磁电源,具有效率和功率密度高的优势,是直驱型变速恒频风力发电系统中的主流发电机。但目前得到广泛应用的一般均为转子永磁结构,即将永磁体贴装在转子表面,存在永磁体因离心力作用而脱落及因温升而不可逆退磁的隐患。因此, 永磁体置于定子侧的“定子永磁同步发电机”新结构不断出现,例如,双凸极永磁电机(DSPM电机)、磁通切换永磁电机(FSPM电机)、定子内永磁电机(SIPM电机)等[11],其均保留了开关磁阻电机定转子均为凸极、转子既无绕组也无永磁体等结构简单、坚固、可靠性高的优点,且具有效率高、功率密度高、功率因数高等优点,在变速恒频风力发电系统中应用前景广阔。
3 展望
a) 以笼型异步发电机为主流发电机的定桨距恒速恒频风电机组虽然具有结构简单、成本低、可靠性高等优点,但其具有运行范围窄、不能充分利用风能等缺点,因而发展空间有限;采用双PWM变流器控制有刷双馈异步发电机转子励磁电流的变速恒频风电机组可实现最大风能跟踪,改善并优化机组的运行条件,便于顺利实现并网操作,发展前景广阔; 采用多极永磁同步发电机的直驱型变速恒频风力发电系统省去了增速齿轮箱,提高了效率与可靠性,降低了噪声,利用基于现代电力电子技术的全功率变流器控制系统的有功、无功功率,实现最大风能跟踪,是风力发电技术的新兴发展方向。
b) BDFG与DFIG的运行机理不同,但可通过同样的控制策略实现相同的变速恒频控制目标。BDFG未使用集电环和电刷,因此在风力发电系统中具有良好应用前景。
c) SRG结构坚固、简单、效率高、容错能力较强,适合应用于风力发电。
d) DSPM电机、FSPM电机、SIPM电机均是定、转子为双凸极结构的定子永磁电机,在风力发电系统中具有良好应用前景。且与永磁磁链为单极性分布的DSPM电机相比,永磁磁链分布为双极性的FSPM电机、SIPM电机在风力发电中的应用前景更为广阔。
e) 变速恒频风力发电系统中的电力电子变流技术是核心技术之一,其不仅将风力发电机所发频率变化的交流电转换为与电网频率相同、能与电网柔性连接的交流电,且实现最大风能跟踪控制,总体上有交-交变流电路和交-直-交变流电路两大类拓扑结构。方兴未艾的矩阵变换器从原理上可望克服传统交-交变换器低频谐波大的局限。在交-直-交变换器中,两电平电压型双PWM变换器应用较多,若要降低输出电压的变化率、谐波,可采用基于SVPWM控制策略的多电平变换器。
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低风速风力发电技术 第9篇
低风速风力发电技术。
二、技术类别
零碳技术。
三、所属领域及适用范围
电力行业低风速区域风电领域。
四、技术应用现状及产业化情况
随着我国风力发电装机容量的不断增加及风电场项目大规模开发, 国内可开发利用的优良风资源地区日益减少。余下大量待开发的地域大多属于准Ⅱ类或Ⅲ类地区, 有些甚至是IV类风资源区。低风速风力发电技术的发电机组主要应用于内陆、近海等可开发IEC S类风区, 单机规模可达到2 MW级。低风速风力发电机组样机已于2011年12月实现并网发电, 并在2013年实现规模化生产。
五、技术内容
1. 技术原理
对机组的控制策略进行系列优化, 通过加大风轮直径, 优化叶片的气动外形, 提高机组的效率及寿命;降低额定转速, 在保持机组功率等级不变的条件下, 可大幅提高机组性能, 并突破2 MW以上低风速大风轮直径型风力发电机组优化设计。
2. 关键技术
(1) 低风速利用技术;
(2) 多环境适用技术。机组具有抗冰冻、抗风沙、抗盐雾等特点, 可在各类条件恶劣的低风速风电场应用;
(3) 四段式塔筒设计。针对机型可能应用的特殊地形, 除设计了标准80 m三段式塔筒, 还特别设计了四段式塔筒和70 m/90 m塔筒等, 安装更为方便灵活。
3. 工艺流程
低风速风力发电机组生产工艺流程图见图1。
六、主要技术指标
(1) 额定输出功率2000 k W, 额定电压690 V;
(2) 叶轮直径105 m, 扫风面积8626 m2;
(3) 适用风区等级80 m高度、年平均风速6 m/s的低风速风区;
(4) 运行温度-30~40℃ (低温型) , -10~40℃ (常温型) 。
七、技术鉴定情况
获得3项国家发明专利, 1项实用新型专利。
八、典型用户及投资效益
典型用户:中国国电集团公司、中国华能集团公司、中国华电集团公司等。
典型案例1:中电投江西笔架山风电场项目。
建设规模:50 MW风电场。建设条件:80 m高度年平均风速6 m/s的低风速风区。主要建设内容:风力发电场、变电站。主要设备为2 MW低风速风力发电机组。项目总投资4.3亿元, 建设期1年。年减排CO2量7.7万t, 年经济效益6000万元, 投资回收期7年。减排CO2成本为50~100元/t。
典型案例2:中国风电湖北江华大陆铺风电场项目。
建设规模:50 MW风电场。建设条件:80 m高度年平均风速6m/s的低风速风区。主要建设内容:风力发电场、变电站、进场道路、风力发电机组设备及相关土建及电气工程。主要设备为2MW低风速风力发电机组。项目总投资4.5亿元, 建设期1.5年。年减排CO2量7.7万t, 年经济效益6000万元, 投资回收期8年。减排CO2成本为100~150元/t。
九、推广前景和减排潜力
风力发电挡横风系统 第10篇
我国一些多风强风地区时有横风引起的交通事故。一些偏远地区道路,目前仍然还存在缺电的情况,这对交通的发展产生影响。结合风机底座土建,在道路两旁安装系列发电风轮机形成“挡风墙”,风机所发电力也可为当地照明或其它交通设施供电。
1 系统设计
1.1 风机选型
垂直轴发电机主要有萨渥纽斯型(H型)和达里厄型(S型)。H型风轮无反向力矩,能量利用率高,但风速低时难自行启动。S型风轮启动风速低,但反向力矩较大,能量利用率低。路边挡风风机只有充分消耗风能,才能有效降低机后风速。考虑两种风轮的优缺点,二者结合形成共轴组合式风轮,使组合风轮表现出优良的低风速气动性能和较高的风能利用率。
1.2 挡风“墙”挡风结构由若干风轮沿道路一侧或两侧排列组
成。风机由垂直转轴、风机叶轮以及风机底座构成。风机底座间可由垂直的挡风结构物连接。
1.2.1 底座间连接墙
底座间连接墙为垂直网状或栅栏状挡风结构。相关研究表明,栅栏透风率小于30%时对挡风率影响不大[2]。为降低材料消耗,可以采用透风面积约为30%的栏栅,挡风效率约为70%[2]。连接体和底座共同构成低矮的“硬”挡风墙,也使得其上部的风力更加强劲,推动风轮转动。
1.2.2 风轮结构设计
两种风机的配合尺度依据组合后最优的风能利用率决定。风能利用率是指风机抽取的功率和来风总功率的比值。尖速比是指风轮外边缘切线风速与来流风速的比值,即[3]。
当姿S=0.95时,S型风轮达到最佳风能利用率,风轮效率CSpmax=0.3,而当λH=5时,H型风轮才达到最佳风能利用率,效率为CHpmax=0.4。当H、S型共轴形成组合,则有ωS=ωH。来流风速度可看成相同,S和H型风轮同时达到最佳效率由尖速比计算式推算出H型风轮半经5倍于S型。
风轮扫风面上的最大宽度与高度之比称为高径比,分别表示为。其中h、d为S型风轮叶片高度和直径,H、R分别为H型风轮叶片高度与半径。不同类型的风轮有不同的最佳高径比。考虑单位叶片长要使风轮扫风面积最大,iS≈4,iH≈1时,S型、H型风轮风能利用率最佳[4]。根据文献,风轮的启动风速v起,额定风速为V能驱动功率为P的发电机;启动力矩与阻力矩之和为Me;电机效率η1及传动效率η2;要使风轮无外力启动,S型风轮产生的力矩必须大于启动力矩和传动力矩。保守计算,设一个可靠系数μ(μ>1)。
r为S型风轮的叶尖半径,Ms为S型风轮的启动力矩,Cm为S型风轮的启动力矩系数,ρ为来流空气密度,e为S型风轮的重叠宽度,通常[1]。S型、H型风轮扫风面积As、AH及他们的功率为:
通过迭代,可以求得H型风轮叶片半径R,再由(1)、(2)式得到S型风轮叶尖半径r、风轮叶片直径d、风轮叶片高度h以及H型风轮高度H、半径R,为设计所用。
1.2.3 挡风系统的高度和风轮间距设计
系统视为一堵有一定透风率的连续墙体。β为设置单侧风轮时,“墙体”的挡风效率。若设置双侧风轮则挡风效率约为1.3β。根据一般风力发电厂风轮的布置经验,S一般为3R~6R。风的速率垂向呈对数分布,当风吹过挡风系统后,风速自行调整为对数分布,顶端速度和来风速率一致,地面风速为0。随高度变化的速度分布函数为v(z)=5.57u1n(z/k+1),其中,u为摩阻风速,k为地表粗糙度,z为高度(mm)。平均风速可由垂向积分除以分布高度获得。经挡风结构后的风能:
风机消耗的能量与底座遮挡的风能之和应为单个挡风单元的效率与来流风能的乘积,其中β为单侧系统消能效率。V2(z)为装置后风速分布,为挡风墙前后的平均风速,为汽车上的平均风速,按照设计标准,据经验设定S值,联立(3)式得H总、β。
2 结语
风力发电挡横风系统可以与当地风力发电场建设配合,风机设置在道路两侧,不仅可有效缓解横风影响,还可以帮助解决偏远地区供电困难问题。和太阳能一样,风能挖掘利用、为偏远地区交通服务,应该是绿色交通发展的又一个新方向。
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[4]张瑞嘉.基于风洞试验的垂直轴风机性能研究.华南理工硕士毕业论文,2010.
风力发电量预测
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