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‹ 课件目录新能源风力预测系统 数字孪生 · 教学模拟

能源动力 / 数字孪生实验室

让每一阵风,都有迹可循。

从风场布局到机舱内部,观察能量如何产生,理解设备如何被守护。

关于这节课 ↙
正在搭建数字风场…
数字风场 / 9 台机组

山地风场运行总览

风场装机容量72.0 MW
当前发电功率— MW
容量利用率—%
点击风机拉近 · 拖动环绕 · 滚轮翻页 参数驱动三维场景
风能捕获
—负载率
—%

相对无尾流、无故障的
理想风场功率损失

短时功率预测

现在 未来 4 小时 · 合成来风

所选机组 01 号
—功率 / MW
—风速 / m/s
—转速 / r/min

课程价值 / 风电数字孪生

在虚拟风场里,
理解真实的工程选择。

用可交互的三维副本,串联风电场的设计、建造、运营与维护。改变风机布局、轮毂高度和叶片方案,观察尾流、局部风速与发电功率的联动,在可比较的结果中理解不同设计的取舍。

从整座风场深入单台机舱,认识叶轮、主轴、齿轮箱与发电机的协作;再通过功率推演和故障情景,理解数据分析与预测性维护的思路。让抽象原理变成可以旋转、调整、验证的学习过程。

计算依据、教学设定与使用范围 +

9 台通用齿轮传动风机,每台额定功率 8 MW。P = min(8 MW, ½ρπR²v³Cₚη) × cos³(偏航误差);ρ = 1.225 kg/m³,η = 0.94,三种叶型以 Cₚ = 0.46 / 0.48 / 0.42 作对比设定。3 m/s 以下不发电,轮毂处来风达到 25 m/s 时全场切出。叶型几何、转速和透视内部为通用教学示意,并非某厂商机组。

高度换算 v = v₁₀₀(h / 100)⁰·¹⁴;Jensen 顶帽尾流采用 Cₜ = 0.8、扩散系数 0.055,以 25 点估算叶轮重叠,亏损平方和叠加。山体、绿色地表与立体植被为程序化教学场景;地形只参与视觉呈现,不参与气流计算;不模拟复杂地形湍流或大气稳定度。停机机组不产生模型尾流。

布局搜索仅在当前条件下比较 2 种排列 × 12 个朝向,不代表真实场址的全局最优解。未计土地、电缆、施工成本和噪声约束。捕风叶型的功率系数较高,不代表在所有工程目标下更优。

预测曲线使用合成风速与风向,按同一物理简化模型逐时计算,发电量用梯形积分。故障采用设定降额系数:轴承劣化 0.82、叶片覆冰 0.65;诊断树用振动 3 / 5 mm/s 的教学阈值分类。没有接入传感器、历史数据或训练机器学习模型,不用于真实发电预测和设备维护决策。

美国能源部 · 风机能量转换与结构 ↗ Wind Energy Science · Jensen 尾流方法 ↗

正在载入学习说明…

可解释诊断 / 教学规则

沿着一条判断路径,找到原因。

高亮节点对应当前所选机组。切换故障情景后,可以看到判断路径改变。

所选机组运行状态
已停机
检查与复位
运行中 · 检查振动
>5 mm/s
传动链预警
>3 且 ≤5 mm/s
叶轮载荷关注
≤3 mm/s
周期巡检

简化诊断模型:以停机状态与振动阈值为判断依据,用于理解可解释的诊断过程。