基于有效风速估计的永磁直驱风力发电系统鲁棒控制研究

由于风力发电系统中的风速传感器存在测量误差,且风速测量值与施加在风机叶片上的有效风速不同,直接导致风力发电系统对风能利用率的降低。因此本文提出了一种基于滑模观测器的风机叶片风速有效值估计方法,在满足李雅普诺夫不等式的基础上设计了滑模观测器,从中提取出风力发电机转速和机械转矩的估计值。通过在线查表得到风机叶片上有效风速的估计值,将该估计值用于修正基于风速传感器的风力发电系统最大功率跟踪控制。仿真结果表明所提方法可有效提升风力发电系统对风能的利用率,具有一定的工程意义。

轴流式灭火风机气动设计和有效风速理论分析

分析了轴流式风力灭火机采用高速轴流风机的设计特点,结合流体力学中的叶型设计理论对高速轴流风机进行了气动反向设计,得出叶型截面的翼型参数和变截面扭曲叶片的实体模型;并结合气体圆形自由射流原理对轴流式风力灭火机的有效风速进行了理论分析,探讨了提高轴流式风力灭火机有效风速的具体途径。

基于互补滤波器的大型定转速风力发电机组有效风速信号测量方法

分析了风力发电机组的风速测量信号和电功率的特性,指出这2种信号在频域上具有互补特性。基于互补滤波器结构,提出了大型风力发电机组有效风速信号重构算法,巧妙利用发电机的电功率信号和风速计测量信号在频域上的互补特性,提出1个既能保证稳态测量精度,又能保证动态响应速度的有效风速测量信号的方法,并通过计算机仿真验证该方法的有效性。

基于有效风速估计与预测的风电机组自适应最大风能跟踪控制（英文）

针对如何在有效风速未知情况下实现风电机组最大风能跟踪(MPPT)的问题,本文使用支持向量回归(SVR)和自适应控制原理,提出基于有效风速估计与预测的自适应MPPT控制方案.首先,使用机组的历史运行数据,训练得到基于SVR的风速估计与预测模型,为MPPT控制提供实时参考输入.其次,结合在线学习估计器(OLA)和减小转矩增益(DTG)控制原理,设计自适应MPPT控制器,该控制器能够较好应对系统未知动态特性和干扰,且能降低传动链载荷.最后,使用李雅普诺夫原理证明闭环系统所有信号都是有界的.仿真结果表明本文提出的方法能够获得良好的MPPT效果,进而提高机组产能.

基于WLS-SVM的变速风力机有效风速估计

控制技术是大型变速恒频风力发电机组安全高效运行的关键。有效风速的精确估计可以提高风力发电机组的控制性能。由于风力机处于三维时变的风场环境中,风速在整个风力机旋转平面上分布不同,风速计测量得到的风速和整个风力机旋转平面所受到的有效风速有很大差别,因此有效风速是不能直接测量的。采用加权最小二乘支持向量机(WLS-SVM)对有效风速进行预估。仿真结果表明,该算法具有很高的估计精度,有效风速估计值能较好地跟踪有效风速的变化趋势。

夏季湿热环境下温度风速适宜值实验研究

一定温度环境下增大风速可以提高人体热舒适并降低能耗,但较高温度环境下增大风速对人体热舒适的改善作用降低。为了探究夏季湿热环境下风速对温度的补偿作用,提出适宜的风速值,本文系统地研究了高湿环境(80%相对湿度)下从偏热到高温范围内风速的积极改善作用和改善效率。通过在人工气候室营造4种温度水平(28、30、32、34℃),采用落地扇正面吹风,控制风速为0.8~1.4 m/s,共完成8个工况、168人次受试者热舒适实验,获取了受试者的主观感受及生理反应。建立了整体热感觉与温度和风速之间的预测评估模型,得到热中性状态下不同温度对应的舒适风速;在32、34℃环境下,提高风速不能使受试者达到热舒适状态,但对热感觉及皮肤温度仍具有改善作用,进而提出利用平均皮肤温度变化率评价不同风速下的吹风效率,得到对应温度下的有效风速值。将舒适风速与有效风速相结合,得到了夏季湿热环境下不同温度的适宜风速推荐值。

大型变速风力发电机组的风速软测量

将风力机有效风速的估计作为软测量问题,提出了基于支持向量机的有效风速软测量模型。仿真结果表明,支持向量机是软测量建模的有效方法,有效风速的估计能较好地跟踪有效风速的变化趋势,并具有较高的泛化能力和估计精度。

基于自适应模糊神经网络的风速软测量

针对风力发电系统有效风速无法直接测量的问题,提出了基于自适应模糊神经网络的风速软测量方法,在该方法中利用优化的自适应模糊神经网络建立了风速软测量模型,以发电机功率、桨距角和风力机转速作为模型的输入,有效风速作为模型的输出,网络学习中采用可变的学习速率和可变的动量学习率。仿真结果表明,与传统的神经网络风速软测量模型相比,基于自适应模糊神经网络的风速软测量方法是有效的,风速的估计值较好地跟踪了有效风速的变化趋势,具有较高的准确性。

高海拔山区风电场风速数据有效性、合理性分析

测风数据的有效性、合理性分析是风能资源评估中数据验证工作的重要环节。现行的风能资源评估规程规范基本均是基于平原风电场的研究而确定。各测验参数中,风速是风能资源好坏的最直接体现。通过选取一批代表测风塔,统计分析各测风塔风速的平均值、实测范围(最大、最小值)、各层间变化、小时变化情况等,提出对风速的基本认识,将统计分析成果与现行规程规范的检验标准进行对比,提出适合高海拔山区风电场的测风塔风速有效性、合理性分析判别标准。

基于激光雷达测风在距离加权下的风速重构算法

近年来,激光雷达测风已经成为一种可靠的风速测量技术,目前基于机舱雷达测量风机前方多个距离的风速开发的风速重构算法,大多采用多个距离对应的有效风速求和取平均作为风轮面转子有效风速,为风电机组前馈控制提供输入参数,该方法存在精确度偏低的问题。提出了一种基于最小二乘法计算激光雷达在不同距离上所对应的加权因子,开发出改进型的激光雷达风速重构模型算法,经过实际测试,相比于原有的激光雷达风速重构算法,计算出的风轮面转子有效风速相关性由原来的0.815 1提升到0.858 3,为风电机组前馈控制提供了更加可靠的输入参数。

金华市风能资源分析

为了分析金华市风能资源的丰匮及其分布状况,利用2017—2020年金华市8个国家地面气象观测站和169个区域自动气象站的逐小时风向风速资料,统计分析了平均风速、有效风速时数、有效风能密度等风资源评估参数。结果表明:按照风能资源区划标准,武义大莱站和义乌站的风能资源达到可利用区的标准,而其他站点则处在风能资源贫乏区,其中,大莱距地面10 m高度的年平均有效风能密度达107.5 W/m2,有效风速时数为5481.0 h,年主导风向为WNW,义乌的有效风能密度则为51.5 W/m2,有效风速时数2571.3 h,年主导风向为N;义乌平均风速的日变化幅度较大,不利于其风电在并网过程中的安全稳定。

基于SCADA数据的风电机组群尾流效应计算与验证研究

准确评估风电机组尾流导致的发电量损失是风电场设计的重要环节。基于高斯尾流模型,根据动量守恒,引入有效风速衰减计算叶轮面内风速衰减,利用国内某海上风电场SCADA数据,从径向和轴向尾流损失分布两方面进行验证和分析。结果表明,高斯有效风速衰减尾流模型模拟的尾流分布更符合实测尾流损失规律,径向和轴向模拟结果与实测结果相关性超过0.92,有效风速衰减法的精度比叶轮中心风速衰减法提升30%~40%;与Jensen和Frandsen模型相比,高斯有效风速衰减尾流模型的表现更为稳定,有效风速衰减法提高了高斯模型计算精度,更适用于风电场产能评估。

大型风力发电机组线性二次型高斯最优控制策略

为优化额定风速下变速恒频风力发电机组的运行效能,使风力机既能最大化地捕获风能又能最小化随机风引起的疲劳载荷及功率波动,提出一种基于有效风速估计的自适应增益调度线性二次型高斯(gain schedule linear quadratic Gaussian optimal control,GS-LQG)最优控制策略。该控制策略以扩展Kalman滤波器(extended Kalman filter,EKF)估计出的平均有效风速作为增益调度变量,根据风电机组稳态工作点的变化,自适应调整控制器参数,使得在每个工作点都能实现最优控制。以1.5MW风电机组作为研究对象,对大范围变化风况激励下,风电机组响应情况进行了仿真研究,结果表明该控制策略可以实现准确的风速估计,并且相对于传统控制策略能够有效缓和传动链上转矩的波动,平滑输出功率,对改善风电的电能质量,延长机组使用寿命具有重要意义。

提高风电机组发电量的转矩–变桨协调控制策略

变速恒频风电机组由于受到变速范围及变速动态响应时间的限制,无法保持以最佳叶尖速比运行。推导出了最优桨距角随叶尖速比偏离程度变化的规律,并提出一种额定风速以下的转矩–变桨协调控制策略,当机组偏离最佳叶尖速比时,使机组工作在局部最优点上,从而提升发电量。同时,针对桨叶安装角误差对发电量及协调控制的影响问题,提出一种全局最优桨距角自寻优算法;针对有效风速难以直接获取的问题,提出了一种带动态补偿的多模式有效风速观测方法。基于RTDS和Bladed联合仿真平台,验证了转矩–变桨协调控制策略的有效性;并以实测风速进行长时间仿真和评估。结果表明所提出的方法可有效提升机组发电量。

河西走廊风能变化及储量

利用河西走廊地区1970-2004年风速气候资料和2004年9月至2005年8月风塔精细资料,研究了河西走廊风能资源特征。结果表明：河西走廊地区环境风速比较稳定,在气候上没有明显的减小趋势;绿洲内风速下降明显。风能分布存在区域差别,存在2个风能大值区域。全区风能普遍较高,10 m层内风能密度都在100 W/m^2以上,大部分地方在150 W/m^2以上,大值地带在200 W/m^2以上;在10-70 m高度层风能随高度按线性关系增长,平均每升高10 m风能增加28 W/m^2;70 m层普遍在300 W/m^2以上。河西走廊风能存在日和年变化,2-6月是风能密集阶段;距地面10 m高度处风能在07：00前后处于低值,从08：00以后不断增大,到18：00前后达到日最大,然后逐渐减小。河西走廊年有效风速时数普遍在6000 h以上,大值区接近7500 h。

四元声阵列声速修正模型研究

提出了一种四元声阵列声速修正模型,通过计算声传播时延求出的风速在目标与探测系统连线方向上分解,获得有效风速,然后再与特定温度下的理想声速结合,最终获得修正声速,解决了声被动探测系统采用恒定不变的声信号速度所带来的定距精度下降的缺陷。对声速模型进行了相应的实验,试验结果表明:该模型简单实用,计算效率高,尤其对温度变化剧烈和风速很大的天气,其定距精度提高明显。

安庆沿江河谷地区风能资源分析

利用安庆地区1971-2003年9个站点风速气候资料和2005年8月至2006年7月沿江河谷地区陈岭、白岭洲风塔精细资料，研究了安庆沿江地区风能资源特征。结果表明：风能分布存在区域差别，安庆沿江河谷地区（尤其是望江、宿松）环境风速比较稳定，西北部大别山区风速下降明显。全区风能普遍较高，受地形和气候共同影响，安庆市风能资源主要分布在沿江河谷西部，望江、宿松年平均风功率密度为80-90W/m2，年有效小时数超过3 600 h。对陈岭风塔风力数据的计算分析可以看出，其10 m高度处的年平均风速为3.93m/s，风能密度达到113 W/m2，50 m高度处年平均风速为5.46 m/s；年有效风力时数为6 600 h，年平均风功率密度294 W/m2，具有较高的开发价值。

全球海域风能资源储量分析

利用高精度、较高时空分辨率的CCMP风场,计算了近22年全球海域的风能密度、有效风速出现频率、风能密度变化趋势、风能资源储量,以期为海上风力发电等风能资源的开发利用提供定量的科学依据。全球大部分海域的风能密度在200W/m2以上,仅在赤道附近小范围海域低于200W/m2,大值区分布于南北半球西风带海域,中国大部分海域的风能密度都在200W/m2以上;全球大部分海域的有效风速出现频率很高,基本都在90%以上,即使出现频率偏低的海域也基本都在50%以上,中国海域的有效风速出现频率大多在80%以上;近22年间全球大部分海域的风能密度呈显著性逐年线性递增趋势,仅部分零星海域的变化趋势不显著或呈显著性逐年线性递减趋势,这对于风能资源的开发利用是有利的;全球海域的风能资源总储量、有效储量和技术开发量分布特征都较为一致,大值区均分布于南北半球西风带海域,向低纬度逐渐递减,中国大部分海域的风能技术开发量都在2×103kW.h/m2以上。

上海横沙岛风能资源评估

由于全球能源和环境危机,人们加快了对风能利用的研究与开发,而风能资源评估是有效利用风能的关键.根据对横沙岛测风数据的处理,分析了横沙岛的风速变化规律,对有效风速、风向频率、风能密度、有效小时数和风速频率进行了评估,其风能资源评估结果为建立风力发电场提供了理论依据.

河西走廊中西部风能资源的时空分布特征及储量研究(摘要)(英文)

[目的]探讨河西走廊中西部风能资源的时空分布特征及储量。[方法]利用河西走廊中西部10个气象观测站1955～2007年风速气象资料和2007年～12月专用风塔精细资料,研究了该区域内风能资源的分布特征及其储量。[结果]河西走廊中西部环境风速相对比较稳定,气候特征分布上无明显的跳跃式变化;风能资源分布存在明显的地域性差别,瓜州县和玉门市附近存在1个风能大值区;区域内风能普遍较高,10m高度层内风能密度在100w/m2以上,大部分地方在140w/m2左右,大值地带在200w/m2以上;垂直方向上风能随高度呈线性增长,平均每升高10m风能约增加15w/m2左右,50m层风能普遍大于240w/m2。河西走廊中西部风能存在明显的日、年变化,3～5月是风能密集阶段;距地面高度10m处风能在10:00前后处于低值,从11:00以后不断增大,到18:00前后达到日最大,然后逐渐减小。区域内年有效风速时数普遍在6200h以上,大值区接近7600h。[结论]为河西走廊中西部风能的开发利用提供了理论结据。