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利用統(tǒng)計(jì)學(xué)解決風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行優(yōu)化問題論文

時(shí)間:2024-10-22 18:15:14 其他類論文 我要投稿

利用統(tǒng)計(jì)學(xué)解決風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行優(yōu)化問題論文

  風(fēng)能是一種最具活力的可再生能源,風(fēng)力發(fā)電是風(fēng)能最主要的應(yīng)用形式。我國(guó)某風(fēng)電場(chǎng)已先后進(jìn)行了一、二期建設(shè),現(xiàn)有風(fēng)機(jī)124臺(tái),總裝機(jī)容量約20萬(wàn)千瓦。以此為背景提出了三個(gè)問題,本文運(yùn)用Excel軟件等方法成功解決了這三個(gè)問題,通過所給數(shù)據(jù)對(duì)該風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)能資源及其利用情況進(jìn)行評(píng)估,判斷新型號(hào)風(fēng)機(jī)是否比現(xiàn)有風(fēng)機(jī)更為適合,并制定維修人員的排班方案與風(fēng)機(jī)維護(hù)計(jì)劃,使各組維修人員的工作任務(wù)相對(duì)均衡,且風(fēng)電場(chǎng)具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。 最后,對(duì)所建立的模型和求解方法的優(yōu)缺點(diǎn)給出了客觀的評(píng)價(jià),并指出了改進(jìn)的方法。

利用統(tǒng)計(jì)學(xué)解決風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行優(yōu)化問題論文

  一、問題分析

  1.1 問題一分析

  題目要求通過利用附件1給出該風(fēng)電場(chǎng)一年內(nèi)每隔15分鐘的各風(fēng)機(jī)安裝處的平均風(fēng)速和風(fēng)電場(chǎng)日實(shí)際輸出功率的數(shù)據(jù)對(duì)該風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)能資源及其利用情況進(jìn)行評(píng)估,這就要求我們能得出一年基本情況,就要通過附件一給出的每天每 15分鐘的平均功率、平均風(fēng)速,運(yùn)用求平均值公式得出每天平均每15分鐘的功率、風(fēng)速。進(jìn)一步運(yùn)算得到每月平均每15分鐘的功率、風(fēng)速,進(jìn)一步通過圖表曲線進(jìn)行分析得結(jié)論。

  1.2 問題二分析

  題目要求從附件2給出了該風(fēng)電場(chǎng)幾個(gè)典型風(fēng)機(jī)所在處的風(fēng)速信息,其中4#、16#、24#風(fēng)機(jī)屬于一期工程,33#、49#、57#風(fēng)機(jī)屬于二期工程,它們的主要參數(shù)見附件3。風(fēng)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)還提供了部分新型號(hào)風(fēng)機(jī)。我們可以從表中歸納、總結(jié)、計(jì)算得出日平均風(fēng)速、月平均風(fēng)速,畫出各風(fēng)機(jī)所在處風(fēng)速變化趨勢(shì),發(fā)現(xiàn)平均風(fēng)速均沒有超出額定風(fēng)速且已經(jīng)達(dá)到切入風(fēng)速。通過公式可以計(jì)算出各種機(jī)型在同樣的風(fēng)速下它的實(shí)際功率,然后進(jìn)行比較,從而判斷新型號(hào)風(fēng)機(jī)是否比現(xiàn)有風(fēng)機(jī)更為適合。

  1.3 問題三分析

  題目要求為安全生產(chǎn)需要,風(fēng)機(jī)每年需進(jìn)行兩次停機(jī)維護(hù),兩次維護(hù)之間的連續(xù)工作時(shí)間不超過270天,每次維護(hù)需一組維修人員連續(xù)工作2天。同時(shí)風(fēng)電場(chǎng)每天需有一組維修人員值班以應(yīng)對(duì)突發(fā)情況。風(fēng)電場(chǎng)現(xiàn)有4組維修人員可從事值班或維護(hù)工作,每組維修人員連續(xù)工作時(shí)間(值班或維護(hù))不超過6天。請(qǐng)制定維修人員的排班方案與風(fēng)機(jī)維護(hù)計(jì)劃,使各組維修人員的工作任務(wù)相對(duì)均衡,且風(fēng)電場(chǎng)具有較好的經(jīng)濟(jì)效益,試給出合理的方法和結(jié)果。

  二、模型建立和解決

  2.1 問題一的模型

  2.1.1 模型的準(zhǔn)備

  月平均每15分鐘的功率、風(fēng)速確定 根據(jù)題目的意思,通過附件一給出的每天每15分鐘的平均功率、平均風(fēng)速,運(yùn)用求平均值公式得出了每天平均每15分鐘的功率、風(fēng)速。進(jìn)一步運(yùn)算得到了每月平均每15分鐘的功率、風(fēng)速。

  此情況下,我們假定風(fēng)力機(jī)的掃掠面積為固定值s,空氣密度為標(biāo)準(zhǔn)P=1.293kg/m3,(在觀察風(fēng)速與實(shí)際功率關(guān)系時(shí),應(yīng)遵循自然原則:當(dāng)風(fēng)速越大時(shí),功率也應(yīng)該更大。若不符合,則利用率較低;反之較高。)

  2.1.2 模型的建立

  我們可以明顯的知道全年的各月平均風(fēng)速起伏波動(dòng)不大,相對(duì)比較穩(wěn)定。

 。ㄆ渲酗L(fēng)能利用率分析如下:在風(fēng)速變化的同時(shí),實(shí)際功率也跟著變化,風(fēng)速增加,功率變大;風(fēng)速減小,功率也隨之變小。只是在夏季和和秋季利用率比春季和冬季同比下降)

  2.2 問題二的模型

  題意是試從風(fēng)能資源與風(fēng)機(jī)匹配角度判斷新型號(hào)風(fēng)機(jī)是否比現(xiàn)有風(fēng)機(jī)更為適合。所謂的匹配是機(jī)型在實(shí)際的環(huán)境中同樣的風(fēng)速誰(shuí)的實(shí)際輸出的功率更大。那么我們就可以先分別比較現(xiàn)有、新型號(hào)風(fēng)機(jī)中優(yōu)差機(jī)型,利用現(xiàn)有機(jī)型與新型機(jī)號(hào)做對(duì)比結(jié)果。那么就能從風(fēng)能資源與風(fēng)機(jī)匹配角度判斷新型號(hào)風(fēng)機(jī)中是否有比現(xiàn)有風(fēng)機(jī)更為適合的。

  首先算出第一二期中每種型號(hào)月平均風(fēng)速,4#、16#、24#屬于第一期機(jī)號(hào),33#、49#、57#屬于第二期機(jī)號(hào)。制成表格并統(tǒng)計(jì)一二期風(fēng)速在每月月均風(fēng)速4—7.5(m/s)的頻率。我們可以從附件3中風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)型號(hào)及其參數(shù)知道,每種機(jī)型都達(dá)到了切入風(fēng)速,而都沒達(dá)到額定風(fēng)速(最佳風(fēng)速),那么我們只需要看每期的風(fēng)速在接近額定風(fēng)速的比例。

  通過對(duì)現(xiàn)有兩種機(jī)型的月均風(fēng)速表知道兩種機(jī)型都達(dá)到了切入風(fēng)速,都沒達(dá)到理想額定風(fēng)速。再者對(duì)上表(第一二期風(fēng)機(jī)型號(hào)在不同地點(diǎn)月平均風(fēng)速)的分析與對(duì)比,可以從中發(fā)現(xiàn)在一期的4#、16#比24#風(fēng)能資源更為豐富,在二期中49#、57#比33#風(fēng)能資源更為豐富。

  通過對(duì)上面的分析與對(duì)比、歸納總結(jié)以下結(jié)論:

  在同樣風(fēng)速下機(jī)型1比機(jī)型2輸出功率更為理想,所以機(jī)型1比機(jī)型2更適合,再者是新型機(jī)型型號(hào)3、4、5各機(jī)的對(duì)比,對(duì)比出最優(yōu)匹配機(jī)型,根據(jù)功率公式

  得出結(jié)論新型中3機(jī)型更匹配。新型機(jī)型中最優(yōu)匹配是否比現(xiàn)有兩種機(jī)型都好再利用功率求解,新型機(jī)型與現(xiàn)有兩種機(jī)型做對(duì)比,選取出最佳匹配的兩種機(jī)型。(P1、P2、P3、P4、P5、分別表示第一期型號(hào)、第二期型號(hào)、新型型號(hào)3、4、5)。

  2.3 問題三的模型

  有發(fā)電機(jī)124臺(tái),每臺(tái)發(fā)電機(jī)需要一組人員連續(xù)工作兩天,每天需要一組人員值班,有四組工作人員,各組工作連續(xù)不超過6天,減少維修時(shí)間,增加經(jīng)濟(jì)效益,每天至少需要兩組進(jìn)行維修,一組進(jìn)行值班,所以分配方案有以下幾種選出最合理地安排,輪流執(zhí)行最合理的工作安排(表1):

  方案1:我們假設(shè)一天中一組值班工作其他組進(jìn)行維護(hù)

  方案一中休息時(shí)間規(guī)定在了一天中,無人值班看護(hù)風(fēng)電場(chǎng),所以此安排不合理;

  方案二:我們假設(shè)一天中一組值班,一組休息,兩組維修且維修為兩天

  通過分析與對(duì)比,可以從中發(fā)現(xiàn),安排圖7更為合適,使每組工作人員工作時(shí)間都沒有超過6天,都有維護(hù)風(fēng)機(jī)、值班與休息的時(shí)間。

  三、模型評(píng)價(jià)及改進(jìn)

  3.1 模型評(píng)價(jià)

  問題一通過大量數(shù)據(jù)建立分析表,主要分析全年風(fēng)速走向圖以及風(fēng)機(jī)輸出功率走向圖得出結(jié)論。該模型運(yùn)用了大量的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),結(jié)論可信度較高,說服力較強(qiáng)。問題二在運(yùn)用了大量數(shù)據(jù)之后,分析出現(xiàn)有機(jī)型中的風(fēng)機(jī)優(yōu)劣,通過公式計(jì)算出新型機(jī)型中風(fēng)機(jī)的優(yōu)劣,進(jìn)行對(duì)比與分析之后得出結(jié)論。問題三在通過問題一得出的表中分析出最佳的維修時(shí)間,人員安排是通過排除多種安排方式得出最佳安排方式。

  3.2 模型改進(jìn)

  因?yàn)樘幚砹舜罅康臄?shù)據(jù),造成數(shù)據(jù)精確度降低。問題一中我們?nèi)〉氖瞧骄翟斐傻贸龅慕Y(jié)論準(zhǔn)確度與實(shí)際的結(jié)論有所偏差,在現(xiàn)實(shí)生活中,因該在每月中取大量的真實(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行繪圖,這樣得出結(jié)論準(zhǔn)確度會(huì)更高。問題二中由于運(yùn)用了理想的功率公式(P=P*V3*S2),其中的參數(shù)v風(fēng)速、s扇葉掃過的面積。在不同的地方不同發(fā)電機(jī)中有所不同,所以求出的結(jié)果準(zhǔn)確度有所下降,在現(xiàn)實(shí)生活中應(yīng)該取準(zhǔn)確的數(shù)字進(jìn)行計(jì)算。問題三中由于借鑒了問題一中的表,所以精確度有所下降,在人員安排方面進(jìn)行了合理的安排,不管是在假設(shè)中都可以運(yùn)用此方法。

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