两叶结构半转式垂直轴风力机恒转速控制方法研究
发布时间：2020-04-22 03:36
【摘要】：能源、环境成为当今人类生存与发展所面临的紧迫问题。常规化石能源极为有限且污染人类的生存环境,因此,对洁净的可再生能源的开发利用引起了世界各国的高度重视。风能源于太阳能,其安全、廉价且储量大,因此成为新能源开发中的主要能源。 风力发电是人类利用风能的最主要形式,风力机是捕获风能的主要装置。目前,人们对水平轴风力机的研究已经十分成熟,且形成完善的水平轴风力机设计及控制理论体系。垂直轴风力机安装、维护便利,且净噪特性好,但有关垂直轴风力机的研究却很少,还没有形成完善的分析、设计和控制理论体系。 本文的研究对象为两叶结构半转式垂直轴风力机,这种风力机巧妙地利用了半转结构,不仅一定程度上提高了垂直轴风力机的风能利用效率,还克服了传统型两叶结构垂直轴风力机无法自启动的缺点。较之三叶结构半转式垂直轴风力机,其轻巧简单、故障率低,在相同风速下还具有更高的转速。本文根据风力机半转机构的特点,分析了两叶半转结构垂直轴风力机结构参数与风力机风能利用效率之间的关系,同时分析了叶片攻角对风力机工作效率的影响。通过旋转坐标系的方法建立了风力机数学模型,并在MATLAB平台下对其数学模型进行了仿真,还设计出了该结构风力机的控制器。 针对半转结构垂直轴风力机的特点,本文采用了变桨距控制。由其数学模型可知,该结构的垂直轴风力机系统为一个非线性系统。因此,采用常规PID控制算法难以获得满意的控制效果。鉴于智能控制技术在水平轴风电系统中的成功应用,本文针对风力机数学模型探索了基于RBF模糊神经网络的智能控制,经MATLAB仿真分析表明,较之常规PID控制,RBF模糊神经网络控制具有较好的控制效果,证明了RBF模糊神经网络在半转结构垂直轴风力机控制系统中应用的可行性。
【图文】：
及维护成本低等优点，已成为当今风力发电研究的热点[20]。水平轴风力机相关理论完善、风能利用效率高及技术成熟，一直占据着风电市的大部分份额。而传统型垂直轴风力机由于相关理论欠缺、风能利用效率低及启性能差等缺点致使其长期以来不能得到人们的重视。但是，由于垂直轴风力机结简单、易于制造、且安装与维护均比较方便，因此近年来又引起不少风电爱好者感，企图通过对其结构进行合理的设计来改变其空气动力特性，提高风能利用效。随着科技的发展与人类认识水平的不断提高，人们发现升力型风轮的叶尖速比至可达到 6，这种垂直轴风力机的风能利用效率已不低于水平轴风力机[21,22]。垂直轴风力机的风轮转动与风向无关，故无需迎风装置。垂直轴风力机按照空对叶片做功形式的不同可分为阻力型和升力型。阻力型风力机的典型代表为vonius 型（S 型），如图 1.1 所示。这种风机具有转矩大、可自行启动等特点，但轮转速低，且风轮产生的不对称气流会对其产生侧向推力；升力型风力机的典型表为 Darrieus 型（Φ 型），如图 1.2 所示。这种风机运行速度高且运行过程中所承的离心力小，，但其起动性能较差[23]。
及维护成本低等优点，已成为当今风力发电研究的热点[20]。水平轴风力机相关理论完善、风能利用效率高及技术成熟，一直占据着风电市的大部分份额。而传统型垂直轴风力机由于相关理论欠缺、风能利用效率低及启性能差等缺点致使其长期以来不能得到人们的重视。但是，由于垂直轴风力机结简单、易于制造、且安装与维护均比较方便，因此近年来又引起不少风电爱好者感，企图通过对其结构进行合理的设计来改变其空气动力特性，提高风能利用效。随着科技的发展与人类认识水平的不断提高，人们发现升力型风轮的叶尖速比至可达到 6，这种垂直轴风力机的风能利用效率已不低于水平轴风力机[21,22]。垂直轴风力机的风轮转动与风向无关，故无需迎风装置。垂直轴风力机按照空对叶片做功形式的不同可分为阻力型和升力型。阻力型风力机的典型代表为vonius 型（S 型），如图 1.1 所示。这种风机具有转矩大、可自行启动等特点，但轮转速低，且风轮产生的不对称气流会对其产生侧向推力；升力型风力机的典型表为 Darrieus 型（Φ 型），如图 1.2 所示。这种风机运行速度高且运行过程中所承的离心力小，但其起动性能较差[23]。
【学位授予单位】：中原工学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TK83
【图文】：
及维护成本低等优点，已成为当今风力发电研究的热点[20]。水平轴风力机相关理论完善、风能利用效率高及技术成熟，一直占据着风电市的大部分份额。而传统型垂直轴风力机由于相关理论欠缺、风能利用效率低及启性能差等缺点致使其长期以来不能得到人们的重视。但是，由于垂直轴风力机结简单、易于制造、且安装与维护均比较方便，因此近年来又引起不少风电爱好者感，企图通过对其结构进行合理的设计来改变其空气动力特性，提高风能利用效。随着科技的发展与人类认识水平的不断提高，人们发现升力型风轮的叶尖速比至可达到 6，这种垂直轴风力机的风能利用效率已不低于水平轴风力机[21,22]。垂直轴风力机的风轮转动与风向无关，故无需迎风装置。垂直轴风力机按照空对叶片做功形式的不同可分为阻力型和升力型。阻力型风力机的典型代表为vonius 型（S 型），如图 1.1 所示。这种风机具有转矩大、可自行启动等特点，但轮转速低，且风轮产生的不对称气流会对其产生侧向推力；升力型风力机的典型表为 Darrieus 型（Φ 型），如图 1.2 所示。这种风机运行速度高且运行过程中所承的离心力小，，但其起动性能较差[23]。
及维护成本低等优点，已成为当今风力发电研究的热点[20]。水平轴风力机相关理论完善、风能利用效率高及技术成熟，一直占据着风电市的大部分份额。而传统型垂直轴风力机由于相关理论欠缺、风能利用效率低及启性能差等缺点致使其长期以来不能得到人们的重视。但是，由于垂直轴风力机结简单、易于制造、且安装与维护均比较方便，因此近年来又引起不少风电爱好者感，企图通过对其结构进行合理的设计来改变其空气动力特性，提高风能利用效。随着科技的发展与人类认识水平的不断提高，人们发现升力型风轮的叶尖速比至可达到 6，这种垂直轴风力机的风能利用效率已不低于水平轴风力机[21,22]。垂直轴风力机的风轮转动与风向无关，故无需迎风装置。垂直轴风力机按照空对叶片做功形式的不同可分为阻力型和升力型。阻力型风力机的典型代表为vonius 型（S 型），如图 1.1 所示。这种风机具有转矩大、可自行启动等特点，但轮转速低，且风轮产生的不对称气流会对其产生侧向推力；升力型风力机的典型表为 Darrieus 型（Φ 型），如图 1.2 所示。这种风机运行速度高且运行过程中所承的离心力小，但其起动性能较差[23]。
【学位授予单位】：中原工学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TK83
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本文编号：2636094
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