立轴风力机变桨距规律控制研究

发布时间：2023-04-25 03:01

　　水平轴风力机(HAWTs)和立轴风力机(VAWTs)是风力发电机的两种基本形式。水平轴风力机由于风能利用系数较高,是目前的主流风力机,已经得到了大规模的发展,但是由于水平轴风力机的一些固有特点,如桨叶受力情况复杂、机舱在塔架顶部不易维护等,使得风力发电的成本较高。与水平轴风力机相比,立轴风力机具有安装维护方便、噪声小、叶片受力稳定等优点。但是风能利用系数低和起动性能差的问题一直限制着立轴风力机的发展。 本文依据立轴风力机的国内外发展状况,针对立轴风力机的两个问题,主要对立轴风力机的变桨距规律控制进行研究,主要研究过程如下： 首先,根据叶素理论,建立了变桨距风轮的功率模型,并且分析了对称翼型作为变桨距立轴风力机叶片翼型的合理性；运用Fluent软件对NACA0015翼型进行二维数值模拟,并确定了该翼型的气动参数。由此为基础,运用Matlab软件设计最优变桨距规律程序,获得若干不同尖速比下的最优桨距角规律,并且确定了各变桨规律之间的实际控制切换点。 然后,根据不同的变桨距规律,提出两种变桨立轴风力机方案及结构参数,并基于工程上常用的双多流管理论模型,计算了两种风轮的瞬时力矩、平均力矩和风能...

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题的目的及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 固定叶片型立轴风力机
        1.2.2 变桨距型立轴风力机
    1.3 论文主要研究内容
第2章 VAWT变桨距规律分析
    2.1 VAWT基本理论
        2.1.1 贝茨理论
        2.1.2 叶素理论
    2.2 变桨距风轮功率模型
    2.3 翼型气动参数确定
        2.3.1 翼型几何参数
        2.3.2 VAWT叶片翼型选择
        2.3.3 NACA0015翼型气动性能分析
    2.4 变桨距规律研究
        2.4.1 最优变桨距规律程序设计
        2.4.2 λ<1最优变桨距规律
1最优变桨距规律">        2.4.3 λ>1最优变桨距规律
    2.5 本章小结
第3章 变桨距VAWT气动性能分析
    3.1 多流管模型
        3.1.1 单盘面多流管模型
        3.1.2 盘面多流管模型
    3.2 同步变桨VAWT性能分析
        3.2.1 同步变桨VAWT结构参数
        3.2.2 同步变桨VAWT气动性能
    3.3 最优变桨VAWT性能分析
        3.3.1 最优变桨VAWT结构参数
        3.3.2 最优变桨VAWT气动性能
    3.4 变桨系统能耗分析
        3.4.1 数值模拟计算
        3.4.2 结果分析
    3.5 本章小结
第4章 同步变桨VAWT系统
    4.1 系统组成
    4.2 系统结构
        4.2.1 同步变桨机构方案分析
        4.2.2 总体结构及工作原理
    4.3 变桨机构控制系统
        4.3.1 控制系统方案
        4.3.2 硬件电路实现
        4.3.3 系统软件设计
    4.4 发电机
    4.5 电力变换单元
        4.5.1 AC/DC整流器
        4.5.2 DC/DC变换器
        4.5.3 DC/AC逆变器
    4.6 本章小结
第5章 实验研究
    5.1 实验目的
    5.2 实验系统
        5.2.1 风力机样机
        5.2.2 变桨控制系统
        5.2.3 轴流风机
    5.3 同步变桨VAWT样机起动力矩实验
    5.4 同步变桨VAWT样机发电功率实验
    5.5 最优变桨VAWT样机性能初步测试及展望
    5.6 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢



本文编号：3800567