高空風(fēng)力發(fā)電是一類新的風(fēng)能轉(zhuǎn)換器。采用系留飛行器,目的是在顯著增加的高空中捕獲風(fēng)能,通過一根或多根系留纜繩將飛行器與地面基站相連接,利用機(jī)載設(shè)備將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能,從而產(chǎn)生可用功率,因其能夠在傳統(tǒng)風(fēng)力渦輪機(jī)無法到達(dá)的高度氣層中獲取風(fēng)能,具有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)可行性。飛行器是高空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的核心,本文以高空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)為研究對象,考慮到飛行器不同類型各自的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),存在直徑過大,起飛降落過程中不易控制,已有多點(diǎn)質(zhì)量風(fēng)箏的數(shù)學(xué)模型復(fù)雜等問題,對此本文做了如下研究:首先介紹了系統(tǒng)中主要采用的三種風(fēng)箏類型:前緣充氣風(fēng)箏、拉姆空氣牽引風(fēng)箏、三角洲風(fēng)箏,比較了各自的優(yōu)缺點(diǎn),建立了單線系統(tǒng)風(fēng)箏數(shù)學(xué)模型,并用適當(dāng)?shù)募僭O(shè)定義風(fēng)箏運(yùn)動(dòng)。通過風(fēng)箏模型的仿真驗(yàn)證了該單線風(fēng)箏模型能夠有效通過航向角,方位角等參數(shù)對飛行路徑進(jìn)行控制。為采用不同控制方式的高空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng),風(fēng)箏模型的選擇及應(yīng)用提供了參考。其次,介紹了單點(diǎn)質(zhì)量風(fēng)箏模型的建立。并基于該單點(diǎn)質(zhì)量風(fēng)箏模型,在考慮到所有主要系統(tǒng)組件:系繩,風(fēng)箏和發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)特性的基礎(chǔ)上,建立了一個(gè)包含飛行過程中轉(zhuǎn)動(dòng)慣性力的改進(jìn)型單點(diǎn)質(zhì)量模型,并對所建立的改進(jìn)型風(fēng)箏點(diǎn)質(zhì)量模型中的變量約... 

【文章來源】：東北石油大學(xué)黑龍江省

【文章頁數(shù)】：65 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

傳統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機(jī)（左）和拖曳模式的高空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)（右）

圖 1.2 采用風(fēng)箏電連接的 AWES機(jī)可以根據(jù)各自不同的屬性進(jìn)行分類：例如根據(jù)飛行式或非側(cè)風(fēng)模式、根據(jù)能量轉(zhuǎn)換過程是否在地面進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、根據(jù)翅膀類型分為柔性翼或剛性翼或低海拔等，這些屬性也可相互組合[4]。AWE 根據(jù)飛側(cè)風(fēng)模式，側(cè)風(fēng)模式即要求飛行器按照給定軌跡在與風(fēng)模式即飛行器像風(fēng)箏一樣停留在空中[5]。統(tǒng)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀飛行器，即飛行器通過一根或多根系留纜繩與地面能轉(zhuǎn)化成電能，旨在捕獲高空中的風(fēng)能，從而產(chǎn)生行性，主要是兩個(gè)原因：首先，高空中的風(fēng)力更穩(wěn)更持久，且高空風(fēng)力不受區(qū)域限制全球范圍內(nèi)有更傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)輕幾個(gè)數(shù)量級(jí)[6]。這也是世界各地于該技術(shù)研究和開發(fā)的主要原因之一。圖 1.3 是高空

圖 1.3 高空風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目機(jī)構(gòu)的全球分布系留風(fēng)箏技術(shù)是利用高海拔風(fēng)能的一種潛在手段。在有效且實(shí)用的系統(tǒng)中，風(fēng)箏需要以循環(huán)模式飛行以最大化每個(gè)循環(huán)周期產(chǎn)生的凈功率，同時(shí)，必須控制系繩長度以確保系統(tǒng)不會(huì)消耗比產(chǎn)生更多的電能。由于風(fēng)速和風(fēng)向的間歇性以及不穩(wěn)定性，控制風(fēng)箏按照循環(huán)模式飛行是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的問題，使用不同的數(shù)學(xué)模型來推導(dǎo)風(fēng)箏控制方程時(shí)，風(fēng)箏特征會(huì)隨時(shí)間變化，這些變化既來自風(fēng)速和風(fēng)向的變化，也來自風(fēng)箏可折疊的翼結(jié)構(gòu)的變化。在設(shè)計(jì)控制器時(shí)以往的大多數(shù)研究都集中于采用經(jīng)典 PID 控制，這些研究通過控制器將飛行分為幾個(gè)階段，每個(gè)階段的控制器根據(jù)飛行順序工作。在發(fā)生突然風(fēng)的情況下，控制器相位的不連續(xù)性會(huì)非常強(qiáng)烈，還有一些模型將系統(tǒng)視為與兩個(gè)控制系繩相連的風(fēng)箏，但沒有考慮到迎角的變化。這些假設(shè)并沒有使風(fēng)箏的動(dòng)態(tài)控制更容易實(shí)現(xiàn)。一些研究假設(shè)該系統(tǒng)為三自由度模型，風(fēng)箏為直線系繩末端的點(diǎn)質(zhì)量，在建模中需要添加更多細(xì)節(jié)來完善系統(tǒng)，這也增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。以往的研究中風(fēng)箏的空氣動(dòng)力學(xué)特性在所有風(fēng)力條件下都被認(rèn)為是固定的，這意味著在某些特殊風(fēng)況下系統(tǒng)模型存在問題，隨后系統(tǒng)辨識(shí)的概念開始出現(xiàn)，以便在飛行期間獲得風(fēng)箏參數(shù)的實(shí)時(shí)識(shí)別[7]。文獻(xiàn)[8]中通過導(dǎo)出的動(dòng)態(tài)模型和軌跡來開發(fā)非線性動(dòng)態(tài)觀測器，該方法需要完全狀

【參考文獻(xiàn)】：
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