本文關(guān)鍵詞：基于CFD和PSO方法的兆瓦級風場風機群優(yōu)化布置研究

  更多相關(guān)文章： 風機群 三維尾流干擾 CFD數(shù)值模擬 粒子群優(yōu)化算法 發(fā)電效益

【摘要】：風能是可再生能源,具有分布廣、儲量大、綠色環(huán)保等諸多優(yōu)點,世界能源緊缺的時代,風能的利用正在愈加備受推崇。數(shù)量上升的同時,等條件下的發(fā)電效率成為新一輪的評價標準。風機的尾流效應(yīng)是誘發(fā)風場發(fā)電能力下降的主要原因,上下游風機間相對位置的調(diào)整可以顯著改善尾流效應(yīng)對下游風機輸出的影響。因此,針對風場中風機群布置優(yōu)化來提高發(fā)電效率的研究顯得十分緊迫。本文提出了結(jié)合CFD數(shù)值模擬和粒子群優(yōu)化算法(Particle Swarm Optimization,PSO),對固定大小平坦地貌風場在勻速風條件下,以風場成本與風場總輸出功率比值最小為目標函數(shù),優(yōu)化兆瓦級風場中風機群的布置方案,有效提高了風場的發(fā)電效益。本文研究內(nèi)容如下:(1)建立2MW單風機的三維實體模型,MRF模型實現(xiàn)風輪的旋轉(zhuǎn),采用基于RANS方法的SST k-ω湍流模型計算風場繞流流場,得到風機額定功率非常接近的輸出功率,驗證了本文數(shù)值模擬研究方法的可行性。(2)通過研究串列布置、高低位布置、斜列布置的雙風機尾流干擾效應(yīng),得到了不同排列方式的風場總輸出功率隨位置或高差的變化規(guī)律,進而獲得下游風機與上游風機功率比隨位置和高差多變量變化的多項式關(guān)系,改進了上游風機對下游風機輸出影響的一位理論尾流效應(yīng)。(3)以風場發(fā)電效益最高為目標函數(shù)編寫適用于解決風機群布置的粒子群優(yōu)化算法。通過與基于基因遺傳算法的經(jīng)典算例進行對比,驗證本文編寫的粒子群優(yōu)化算法的可行性。將風機的功率比隨多變量變化的多項式,通過功率曲線關(guān)系式轉(zhuǎn)化得到基于三維尾流干擾風速關(guān)系式的改進粒子群優(yōu)化算法,用改進后的優(yōu)化算法搜索得到風場中風機群的最優(yōu)布置方案。
【關(guān)鍵詞】：風機群 三維尾流干擾 CFD數(shù)值模擬 粒子群優(yōu)化算法 發(fā)電效益
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM614
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 緒論9-17
• 1.1 課題來源和研究目的及意義9-12
• 1.1.1 課題來源9
• 1.1.2 課題研究目的及意義9-12
• 1.2 風力機尾流干擾的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-15
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.3 國內(nèi)外研究簡析14-15
• 1.3 本文的主要研究內(nèi)容15-17
• 第2章 2 MW單風機尾流特征的CFD數(shù)值模擬17-37
• 2.1 引言17-18
• 2.2 單風機設(shè)計與三維實體建模18-27
• 2.2.1 風力機葉片設(shè)計過程18-23
• 2.2.2 三維整機實體建模23-27
• 2.3 單風機風機尾流特征的CFD數(shù)值模擬27-35
• 2.3.1 CFD基本理論27-32
• 2.3.2 單風機尾流特征的CFD數(shù)值模擬32-35
• 2.4 本章小結(jié)35-37
• 第3章 多風機尾流氣動干擾特征的CFD數(shù)值模擬37-54
• 3.1 引言37
• 3.2 數(shù)值計算模型37-41
• 3.2.1 雙風機風場建模37-40
• 3.2.2 網(wǎng)格劃分40-41
• 3.2.3 邊界條件41
• 3.3 尾流干擾計算結(jié)果分析41-52
• 3.3.1 數(shù)值求解方法41-51
• 3.3.2 風機在綜合因素對輸出功率比的影響51-52
• 3.4 本章小結(jié)52-54
• 第4章 風機群優(yōu)化布置的粒子群算法研究54-74
• 4.1 引言54
• 4.2 粒子群算法原理54-56
• 4.2.1 基本原理54
• 4.2.2 控制參數(shù)54-55
• 4.2.3 計算流程55-56
• 4.3 基于基本粒子群算法的風機群優(yōu)化布置數(shù)學建模56-61
• 4.3.1 基本粒子群算法數(shù)學模型56-57
• 4.3.2 一維理論風機尾流模型57-59
• 4.3.3 Grady風機輸出功率計算模型59
• 4.3.4 Mosetti成本計算模型59
• 4.3.5 基本粒子群算法的風機優(yōu)化布置可行性驗證59-61
• 4.4 改進粒子群算法的風機群發(fā)電效益優(yōu)化研究61-73
• 4.4.1 改進粒子群方法的建模62-63
• 4.4.2 三維模擬風機尾流建模63-65
• 4.4.3 2MW風機輸出功率計算模型65
• 4.4.4 本文成本計算模型65
• 4.4.5 勻速、單一風向工況下風場中風機群的優(yōu)化布置65-68
• 4.4.6 勻速、四面風向工況下風場中風機群的優(yōu)化布置68-70
• 4.4.7 勻速、十六面來風工況下風場中風機群的優(yōu)化布置70-73
• 4.5 本章小結(jié)73-74
• 結(jié)論74-77
• 參考文獻77-82
• 致謝82-83

【參考文獻】

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本文編號：1122210