湍流强度修正风力发电机组功率曲线方法的研究

依据现有IEC61400-12-1功率曲线测试标准,功率曲线是采用bin法得到的,未考虑湍流强度的影响。这就使得按照标准测试得到的功率曲线依赖于现场特定的湍流强度,具有不可移植性。同一机组在不同测试现场,测试得到的功率曲线都会不同,这会给测试功率曲线和担保功率曲线的对比带来很大难度。基于此,有必要考虑湍流强度对功率曲线的影响。     

湍流强度对风电场发电量的影响

准确估算湍流强度变化影响下的发电量,为风电项目开发与投资提供可靠的依据。从10 min级湍流强度变化的角度,提出了利用实时湍流强度计算风电场发电量的方法,通过多项式展开公式和数值积分,对风电机组的发电量进行估算。以新疆某风电场的实际风资源为例,与实际年发电量、静态理论年发电量和普遍采用的修正发电量功率曲线的方法对比,表明该方法估算的发电量误差小,更贴近实际年发电量。     

基于分形学的湍流风谱模型适用性研究

为避免由经验性地选择湍流风谱模型导致特定风电场风速分布规律描述不准确的问题,基于Kaimal、Von Karman、SMOOTH和NWTCUP湍流风谱模型模拟在不同地表粗糙度和湍流强度条件下所建立风场的风速分布规律,通过计盒维数分形方法计算不同风速速度曲线的分形维数,并与某风电场测风塔实测风速数据的分形维数进行比较。结果表明:风速曲线的分形维数均约为1.5,证明风速时域分布具有自相似特征。由于NWTCUP湍流风谱模型基于所选风电场的实测风速数据建立,因此NWTCUP模型在50 m高度和80 m高度处的风速分形维数与实测数据最为接近,表明分形维数可作为选择湍流风谱模型的一个重要定量参数。     

立式搅拌槽中挡板结构对搅拌能耗影响的数值模拟

以立式搅拌槽为基础,借助Fluent软件κ-ε湍流模型,研究了直叶涡轮和斜叶涡轮的搅拌机内部流动,分别对标准、倾斜、离底、底部十字等不同结构挡板在搅拌槽内以恒定转速200 r/min旋转时的工作状态进行了数值模拟,获得了8种情况下的功率,并据此对比速度矢量图、湍流图、速度分布曲线分析功耗改变的原因。结果表明,倾斜挡板可有效减少功率消耗,且物料在挡板处不易形成死角,工业上可采用此挡板优化搅拌功耗。底部十字挡板的流场湍流强度最大,若圆柱回转区的半径为定值时,采用底部挡板可有效防止底部固体颗粒的堆积,优化搅拌效果。若在多相搅拌过程中通过改变挡板安装方式达到颗粒沉淀、较高粘度液体充分混合等目的,需采用直叶径向流叶轮,在功率输入一定的情况下可得到合适的流场。     

基于湍流的双NTF方法应用于机舱风速计测量功率曲线

机舱风速计测量功率曲线的误差较大,造成风电功率预测结果的不确定性。文章依托某风电场现场实验,研究了机舱风速-自由流风速的关系,探讨了大气湍流强度对机舱传递函数(NTF)的影响,提出了基于湍流的双NTF方法,并应用于机舱风速计测量功率曲线。在不同年平均风速情况下,采用未修正的机舱风速功率曲线、国际电工委员会(IEC)提出的单NTF方法修正后的机舱风速功率曲线和文章所提出的双NTF方法修正后的机舱风速功率曲线,分别评估年发电量,其误差范围分别为-8.8%~-0.5%,-2.4%~-0.2%和-0.2%~0.2%。研究结果表明,文章所提出的基于湍流的双NTF方法是可行的,其应用效果优于IEC提出的单NTF方法。     

屋顶H型垂直轴风力机气动性能CFD计算方法研究

以一种屋顶H型垂直轴风力机为研究对象,采用计算流体动力学方法模拟了风轮在10 m/s风速下的功率系数曲线。提出以计算效率和精度作为功率系数数值计算方法适用性的评价指标,通过对比功率系数曲线的计算结果和实验数据,研究了湍流模型、网格单元形状和时间步长对功率系数计算适用性的影响。结果表明,计算H型垂直轴风力机功率系数时,采用SST k-ω湍流模型、四边形网格划分计算域,设置时间步长为风轮旋转0.5°所需时间,可获得较高的计算效率和计算精度。     

湍流强度对风电机组测量功率曲线的影响及修正

通过分析湍流强度对风电机组输出功率统计曲线的影响,提出风电机组输出功率统计曲线的湍流强度修正方法。与按IEC标准对测试机组数据统计方法所得的结果相比,采用该文所提出的修正方法比标准统计方法所得结果的不确定度更低,可更准确反映机组实际运行状态,为机组的正常维护、运行优化及风电场建设前期发电量估算提供可靠的依据。     

基于相关向量信息熵的风电机组功率曲线构建方法研究

仿真研究湍流强度、空气密度、偏航误差等风电机组功率输出特性关键影响因素与功率曲线之间的内在关联特性,建立各影响因素与功率输出特性之间的隐含关系子模型。结合风电机组运行数据,基于相关向量信息熵技术,实现风电机组运行功率曲线的构建。基于构建的功率曲线与机组实际输出特性开展年发电量对比,结果表明,基于相关向量信息熵法构建的功率曲线能够实现对风电机组出力特性的真实准确评价,评价误差不超过2%。     

基于激光雷达测风仪的风电机组功率曲线测试方法研究

风力发电机组的功率特性曲线是衡量风力发电机组发电能力的最佳技术指标.按照IEC 61400-12-1《风电机组功率特性测试》标准,风力发电机组功率曲线测试需要在被测风机主风向安装测风塔.这为功率曲线测试带来一定的不便.雷达测风仪是利用激光反射原理进行风速风向测量的设备.本文就如何使用激光雷达测风仪测试功率曲线,并对测试结果做出了探讨.     

不同强度湍流风对风力机气动载荷的影响

湍流强度是影响风力机载荷的重要因素之一。基于OpenFAST软件对NREL-5 MW风力机进行了不同强度湍流风为入流条件下的数值计算,利用Turbsim软件生成的5%、10%、15%和20%这4种湍流强度的湍流风作为入流条件,探究了不同湍流强度对风力机叶根处的剪切力和弯矩的影响,并分析了不同湍流强度下风力机叶片整体的载荷分布情况。结果表明：随着湍流强度的增加,风力机的气动载荷和气动功率波动幅值相应出现规律性的增加,但大体变化趋势不变。10%、15%和20%湍流强度下的气动功率标准差比5%湍流强度下的分别高出87%、163%和243%,摆振弯矩标准差比5%湍流强度下的分别高出30%、64%和95%;叶片上的弯矩载荷从叶根向叶尖方向逐渐减小,且随着湍流强度的增加,叶片上的弯矩标准差值也随之增加,在叶根处差别最大,从叶根向叶尖方向逐渐减小,到叶尖处完全重合。且10%、15%和20%湍流强度下的叶根处第一个节点位置的挥舞弯矩比5%湍流强度下的摆振弯矩分别高出44.94%、93.1%和137%。湍流强度的增加对叶片的摆振弯矩影响最大。