微风发电系统结构设计与优化

发布时间：2017-10-31 23:32

  本文关键词：微风发电系统结构设计与优化

  更多相关文章： 风力机 Savonius 导流式 功率控制 Fluent Matlab/Simulink

【摘要】：采用垂直轴阻力型的S型风力机,该风力机具有较好的启动特性,能满足其在低风速下自启动。传统S型风力机工作转速低且其效率特别低,因此采用导流装置对流场作一定的优化,优化后的流场不仅可以提高风力机的启动特性,而且还可以提高风力机的效率。论文分析了主要结构参数对风力机效率的影响,利用正交试验设计研究方法,借助于Fluent,完成了风力机二维流场的数值模拟,得到不同结构参数组合下风力机的??PC曲线,分析仿真结果得到效率PC最大值情况下结构参数组合即为最优解,此时便得到风力机的结构参数,同时得到风力机的最佳叶尖速比?。小型风力机的输出功率随风速的变化波动很大,因此,需对风力机的输出功率加以控制。利用控制机构对导流装置的导流板进行控制,从而实现对进入风力机风轮的风能实现控制,故风力机的输出功率便得到控制。对于导流板的控制分两种情况:风速低于额定风速时,导流板处于最佳的位置,使风力机的效率最大;风速高于额定风速时,导流板便根据风速的大小调整相应的角度,控制进入风轮的风能使其输出功率在额定功率附近,从而实现风力机的恒功率输出。通过Matlab/Simulink建立风速模型和风力机模型仿真,便得到风力机输出功率随风速的变化趋势。最后设计了该风力机使用的小型交流发电机,采用外转子的结构可实现风力机与发电机的一体化,提高系统的可靠性,同时利用AC/DC转换实现稳定直流电的输出。
【关键词】：风力机 Savonius 导流式 功率控制 Fluent Matlab/Simulink
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-18
• 1.1 风能利用概述8-9
• 1.2 微风风力机研究现状9-15
• 1.2.1 小型风力机分类9-13
• 1.2.2 微风发电系统国内外研究现状13-15
• 1.3 本课题方案和研究内容15-18
• 1.3.1 风力机方案的确定15-16
• 1.3.2 研究内容16-18
• 2 Savonius型风力机的优化设计18-38
• 2.1 风力机的基本原理和气动理论18-27
• 2.1.1 风力机转动原理18-21
• 2.1.2 风力机的性能评价21-23
• 2.1.3 风力机的理论最大功率23-27
• 2.2 导流式Savonius型风力机优化设计27-37
• 2.2.1 两种S型风力机的比较27-31
• 2.2.2 带导流叶片的S型风力机31-37
• 2.3 本章小结37-38
• 3 Savonius型风力机的功率控制38-54
• 3.1 Savonius型风力机的恒功率输出控制38-45
• 3.1.1 变桨距理论38-40
• 3.1.2 具体控制方法40-45
• 3.2 Savonius型风力机的恒功率输出控制的仿真45-50
• 3.2.1 风速模型45-46
• 3.2.2 Matlab/Simulink的风速仿真46-49
• 3.2.3 Matlab/Simulink的输出功率仿真49-50
• 3.3 Savonius型风力机的刹车及开关机控制50-53
• 3.3.1 刹车控制50
• 3.3.2 开关机控制50-53
• 3.4 本章小结53-54
• 4 微型发电机的设计54-69
• 4.1 永磁交流发电机的基本结构和工作原理54-60
• 4.1.1 转子磁路结构55-57
• 4.1.2 永磁发电机的基本电磁关系57-59
• 4.1.3 永磁交流发电机的运行性能59-60
• 4.2 永磁（交流）同步发电机的设计60-68
• 4.2.1 永磁材料60-62
• 4.2.2 永磁发电机的等效磁路62-65
• 4.2.3 永磁同步发电机永磁体体积估算65
• 4.2.4 永磁交流发电机的电磁设计65-68
• 4.3 本章小结68-69
• 5 AC/DC的转换69-78
• 5.1 单相桥式整流电路69-70
• 5.1.1 工作原理及波形分析69-70
• 5.1.2 基本电量的计算70
• 5.2 电容滤波70-74
• 5.2.1 工作原理及波形分析70-73
• 5.2.2 有关电量的计算73-74
• 5.3 稳压电路74-77
• 5.3.1 稳压二极管74-75
• 5.3.2 硅稳压管稳压电路75-77
• 5.4 本章小结77-78
• 结论78-79
• 致谢79-80
• 参考文献80-83
• 攻读学位期间发表的与学位论文内容相关的学术论文及研究成果83

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 李健;孟宪举;李少峰;张荣建;;小型H型垂直轴风机安装角度的CFD数值模拟与分析[J];河北理工大学学报(自然科学版);2011年04期

2 张婷婷;王红霞;代泽兵;;垂直轴风力机主轴结构优化设计[J];华东电力;2008年10期

3 潘宏林;王宏光;;Φ型与H型Darrieus垂直轴风力透平性能比较[J];上海理工大学学报;2010年03期

4 王鑫;童正明;王企鲲;;导流型垂直轴风力机气动特性的数值研究[J];上海理工大学学报;2010年05期

5 莫晓聃;李涛;;垂直轴风力机概述及发展优势剖析[J];节能技术;2010年05期

6 李文升;;垂直轴风力机发展现状[J];今日科苑;2010年18期

7 王巧红;张洛明;李博;;小型垂直轴风力发电机风轮流场的三维数值模拟[J];机械设计与制造;2010年04期

8 陈兴华;吴国庆;曹阳;茅靖峰;张旭东;张玉梅;迟晓妮;;垂直轴风力发电机结构研究进展[J];机械设计与制造;2011年08期

9 刘明;张洛明;刘本学;;垂直轴风力发电机多参数效率实验及仿真[J];机械设计与制造;2012年06期

10 张玉华;邱支振;高根生;;双叶片立轴风力机及其性能分析[J];机械传动;2010年03期

中国博士学位论文全文数据库 前3条

1 陈杰;变速定桨风力发电系统控制技术研究[D];南京航空航天大学;2011年

2 郭晓明;电网异常条件下双馈异步风力发电机的直接功率控制[D];浙江大学;2008年

3 姚奇;Magnus风力机叶片的改进及其特性研究[D];哈尔滨工业大学;2013年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 赵炜;低风速启动垂直轴风力机的性能研究[D];昆明理工大学;2010年

2 陈海峰;两叶结构半转式垂直轴风力机恒转速控制方法研究[D];中原工学院;2011年

3 叶旺盛;垂直轴风力机锥齿轮式变桨距结构的优化研究[D];兰州理工大学;2011年

4 赵闻;垂直轴风力发电监测系统设计[D];山东大学;2011年

5 董永林;离网型风光互补发电系统控制器[D];山东大学;2011年

6 郑树育;垂直轴风力机变桨距控制参数优化选择的研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

7 张磊;整流式阻力型垂直轴风力机结构参数优化选择的研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

8 Binyet Emmanuel Mbondo（仁飘零）;多叶片Savonius垂直轴风力机的设计与数值分析[D];华中科技大学;2011年

9 齐晓慧;新型链传动式风力机气动性能的数值模拟[D];内蒙古工业大学;2010年

10 张彦娟;风机主轴旋转锻造工艺及参数研究[D];燕山大学;2011年

，

本文编号：1124285