风电场微观尺度空气动力学 基本理论与应用PDF电子书下载

第1章 风电场微观尺度空气动力学概论 1

1.1 风的形成动因 1

1.1.1 大气环流 1

1.1.2 季风环流 9

1.1.3 局地环流 10

1.2 风电场微观尺度空气动力学的尺度概念 11

1.3 风电场微观尺度空气动力学研究内容 12

1.3.1 风轮廓 13

1.3.2 山地绕流 13

1.3.3 风电机组尾流 14

1.3.4 大气边界层热稳定性 15

1.4 风电场微观尺度空气动力学的研究方法 17

1.4.1 风电场空气动力场的测量 17

1.4.2 风电场空气动力场数值模拟 18

1.4.3 风电场运行数据分析与评估 19

1.5 风电场微观尺度空气动力学研究意义 20

参考文献 21

第2章 风电场微观尺度空气动力场数学模型 24

2.1 大气分层和风轮廓模型 24

2.1.1 大气的分层和结构 24

2.1.2 大气边界层方程 25

2.2 风电场地形图处理与物理模型建立 29

2.2.1 地形数字化 29

2.2.2 复杂地形曲面建模 29

2.3 风电场微观尺度空气动力学模型 30

2.3.1 风电场CFD理论基础 31

2.3.2 风电场CFD的边界条件 36

2.3.3 METEODYN风电场流场模型 42

2.4 中尺度大气动力学模型 45

2.4.1 WRF模式介绍和运行步骤 45

2.4.2 WRF模式控制方程组 47

2.4.3 WRF模式边界层方案与计算设置 50

2.5 风电场微观尺度与中尺度大气动力场耦合模型 53

2.5.1 WRF模式网格嵌套方式 53

2.5.2 CALMET介绍 54

2.5.3 其他风电场中尺度-微尺度耦合计算模型 57

参考文献 59

第3章 风电机组尾流及其数值模拟 61

3.1 风电机组尾流及其研究方法 61

3.1.1 风电机组尾流对风电场的影响 61

3.1.2 风电机组尾流研究现状 62

3.2 半经验尾流模型 64

3.2.1 理想风电机组后的尾流模型 64

3.2.2 各模型比较 74

3.3 风电机组诱导湍流的经验模型 76

3.3.1 风电场湍流的基本概念 76

3.3.2 尾流湍流的经验模型 78

3.4 风电机组尾流的滑动网格数值模拟 80

3.4.1 建模与网格划分 82

3.4.2 结果分析与验证 83

3.5 基于风轮平均风速的风电场致动盘模型 86

3.5.1 理想风轮的一维动量理论 86

3.5.2 致动盘与RANS方程 87

3.5.3 致动盘区域辨识与体积修正 88

3.5.4 致动盘湍流模型修正 89

3.5.5 数值模拟 90

3.6 基于致动线方法的尾流数值模拟 95

3.6.1 致动线模型 96

3.6.2 数值模拟与模型验证 97

3.7 基于致动面方法的尾流数值模拟 106

3.7.1 致动面模型 106

3.7.2 数值模拟 107

3.7.3 计算结果分析 108

3.7.4 结论 111

参考文献 111

第4章 风电场空气动力场数值模拟 114

4.1 复杂地形对空气动力场的影响 114

4.1.1 山区风的水平分布和特点 114

4.1.2 山丘、山脊地形对风电场的影响 114

4.1.3 海拔对风速的影响 115

4.1.4 谷地风速的变化 115

4.2 山地绕流的数值模拟与模型验证 116

4.2.1 陡坡风场空气动力场的LES研究 116

4.2.2 Askervein山地绕流计算 121

4.2.3 西北山地风电场绕流计算 124

4.3 山地绕流模型在风电场工程中的应用 131

4.3.1 风能资源评估 131

4.3.2 山地风电场地形改造 134

4.4 风电场微尺度空气动力场数值模拟 139

4.4.1 近海风电场模拟 139

4.4.2 陆上风电场流场模拟方法比较 145

4.4.3 陆上风场尾流模拟 151

4.5 中尺度数值模式应用及其与微尺度耦合计算 158

4.5.1 基于WRF模式的江苏沿海地区风能资源评估 158

4.5.2 风电场微观尺度和大气动力学中尺度耦合计算 168

参考文献 175

第5章 风电场微观尺度空气动力场测量 177

5.1 测风仪器 177

5.1.1 测风系统的技术要求 177

5.1.2 测风系统的组成 177

5.1.3 风电场精细测风仪 178

5.2 风电场微观尺度空气动力场测量 182

5.2.1 测量风电场介绍 182

5.2.2 测量方案 182

5.2.3 测试数据处理 184

5.3 风电场微观尺度空气动力场测量数据分析 188

5.3.1 尾流分析 188

5.3.2 大气稳定度 190

5.3.3 塔筒应力测试分析及推力曲线估算 191

参考文献 194

第6章 基于风电场微观尺度空气动力场计算的微观选址优化 196

6.1 风电场微观选址的意义 196

6.2 风电场微观选址工程方法 197

6.2.1 风电机组微观选址的基本原则 197

6.2.2 风电机组的排列布置方法 198

6.2.3 风电场风电机组选型-微观选址-容量选择 200

6.3 基于改进遗传算法的平坦地形微观选址优化方法 203

6.3.1 遗传算法的基本原理 204

6.3.2 尾流效应模型 205

6.3.3 风电机组的输出功率特性曲线 212

6.3.4 应用遗传算法实现风电机组优化排布 213

6.3.5 实例分析 215

6.4 基于CFD和改进PSO的复杂地形风电场微观选址优化方法 217

6.4.1 复杂地形流场的CFD数值模拟 217

6.4.2 风电场模型 218

6.4.3 风电场微观选址的改进小生境粒子群算法 219

6.4.4 计算与分析 221

6.4.5 结论 224

6.5 复杂地形风电场微观选址多目标优化方法研究 224

6.5.1 复杂地形风电场微观选址优化限制条件 224

6.5.2 复杂地形风电场微观选址优化目标 227

6.5.3 复杂地形风电场微观选址优化算法 233

6.6 平坦地形下风电场微观选址优化软件开发 237

6.6.1 软件开发背景 237

6.6.2 软件开发内容 237

6.6.3 风电场微观选址软件（WFMSS）主要界面及演示 242

6.7 复杂地形风电场优化软件开发 245

6.7.1 复杂地形风电场优化设计平台开发 246

6.7.2 实际风电场描述 248

6.7.3 微观选址优化结果分析 248

6.7.4 集电线路优化结果分析 252

6.7.5 道路优化结果分析 255

参考文献 257

第7章 基于风电场微观尺度空气动力学方法的风功率预测研究 259

7.1 风电场风功率预测技术研究 259

7.1.1 国内外研究现状 259

7.1.2 基本方法 260

7.2 风电场微观尺度空气动力学预测机前风速与湍流 269

7.3 风电机组发电过程建模 270

7.3.1 风电机组结构 270

7.3.2 风电机组气动特性建模 271

7.4 双馈异步风电机组建模与仿真 281

7.4.1 双馈异步风电机组建模分析 281

7.4.2 整体仿真结果分析 281

7.5 基于风电场微观尺度空气动力学方法的机组级风功率预测 284

7.6 改进MRAN与微尺度空气动力学模型组合的预测方法 286

7.6.1 改进的MRAN 286

7.6.2 组合预测模型 287

7.6.3 风电场介绍 288

7.6.4 单机组合预测 289

7.6.5 风电场组合预测 294

7.6.6 结论 296

参考文献 297

第8章 基于风电场微观尺度空气动力学方法的风电场AGC技术 299

8.1 风电场AGC技术的基本概念 299

8.1.1 风电场AGC的背景及意义 299

8.1.2 风电场AGC的功能 299

8.1.3 风电场AGC的系统体系 300

8.2 风电场AGC技术的基本方法 301

8.2.1 风电场有功功率控制系统 301

8.2.2 风电机组控制方法 303

8.2.3 风电场有功功率常用分配策略 305

8.3 基于风电场微观尺度空气动力学方法的风电场AGC多目标优化 307

8.3.1 基于风电场微观尺度空气动力学方法的风电场AGC技术 307

8.3.2 风电场AGC优化模型 309

8.3.3 改进的粒子群算法 312

8.3.4 结果与分析 314

8.3.5 结论 320

8.4 基于风电场微观尺度空气动力学方法的风电场AGC和AVC多目标优化平台开发 321

8.4.1 平台总体设计 321

8.4.2 主要功能模块介绍 323

8.4.3 AGC控制策略的选择 323

8.4.4 控制策略的测试 324

参考文献 327

第9章 风电场微观尺度空气动力学研究与应用展望 329

9.1 风电场微观尺度空气动力学研究的瓶颈 329

9.2 风电场微观尺度空气动力学应用展望 330