【摘要】： 風(fēng)能利用技術(shù)的快速發(fā)展已使風(fēng)能成為目前最重要的一種可再生資源。現(xiàn)有的風(fēng)能轉(zhuǎn)化系統(tǒng)大部分將風(fēng)能通過風(fēng)力機(jī)裝置轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,然后通過電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能,通常風(fēng)力機(jī)按風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸在空間的方向,分為水平軸風(fēng)力機(jī)(Horizontal Axis Wind Turbine簡稱為HAWT)和立軸風(fēng)力機(jī)(Vertical Axis Wind Turbine簡稱為VAWT)兩大類,達(dá)里厄型(Darrieus)風(fēng)力機(jī)為立軸風(fēng)力機(jī)的典型機(jī)型。立軸風(fēng)力機(jī)由于其結(jié)構(gòu)和氣動(dòng)性能的獨(dú)特優(yōu)勢,越來越被人們重視。 變速風(fēng)力機(jī)可以在很大的風(fēng)速范圍內(nèi)工作,而且能最大限度的捕獲風(fēng)能,提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)的效率,而成為當(dāng)前該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本文以大型變速立軸風(fēng)力機(jī)為研究對象,風(fēng)力機(jī)為典型的達(dá)里厄型風(fēng)力機(jī),直接驅(qū)動(dòng)永磁同步電機(jī)發(fā)電。通過建立風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)性能評估模型、傳動(dòng)系統(tǒng)模型、電機(jī)以及控制系統(tǒng)的模型,并在MATLAB/SIMULINK進(jìn)行仿真模擬,得到風(fēng)力機(jī)在各種工況下的運(yùn)行情況,并實(shí)現(xiàn)了最大風(fēng)能追蹤的算法。 變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)提高了風(fēng)能利用率,但增加了控制系統(tǒng)的難度,本文對最大風(fēng)能追蹤策略的理論進(jìn)行分析研究。分析了達(dá)里厄型風(fēng)力機(jī)的氣動(dòng)性能評估模型,該模型是基于葉素動(dòng)量理論的雙多流管模型,考慮了達(dá)里厄型風(fēng)力機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)葉片對風(fēng)輪下盤面流動(dòng)干涉的特性,以及翼型動(dòng)態(tài)失速、氣動(dòng)阻力的影響,對1MW達(dá)里厄型風(fēng)力機(jī)進(jìn)行計(jì)算分析,得到了該風(fēng)力機(jī)的氣動(dòng)性能,如風(fēng)力機(jī)在各風(fēng)速下的氣動(dòng)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的關(guān)系,以及在各風(fēng)速下的氣動(dòng)功率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系,為仿真模擬提供基礎(chǔ)。根據(jù)仿真的需要分別建立了風(fēng)力機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)模型、永磁同步電機(jī)模型、最大功率跟蹤算法等模型。永磁同步發(fā)電機(jī)在同步旋轉(zhuǎn)軸下建立,并對同步電機(jī)的解耦控制做了分析,最大功率跟蹤算法采用尖速比控制方法。最后在MATLAB/SIMULINK中且搭建了整個(gè)系統(tǒng)的仿真模型,對1MW達(dá)里厄型風(fēng)力機(jī)低風(fēng)速氣動(dòng)、高風(fēng)速剎車、額定風(fēng)速下變風(fēng)速運(yùn)行等工況進(jìn)行了仿真模擬。通過模擬得到風(fēng)力機(jī)在各種工況下的運(yùn)行情況,實(shí)現(xiàn)了最大風(fēng)能追蹤的算法,采用尖速比的控制方法追蹤最大風(fēng)能的效果顯著,為進(jìn)一步立軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
【圖文】：

風(fēng)輪葉片數(shù)一般為2～3 葉，，葉片形狀一般為翼形,該風(fēng)輪啟動(dòng)力矩較大，風(fēng)能利用系數(shù)高。圖1.1 水平軸風(fēng)力機(jī)Fig.1.1 Horizontal axis wind turbine立軸風(fēng)力機(jī)的特征是旋轉(zhuǎn)軸與地面垂直，風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)平面與風(fēng)向平行（如圖1.2），立軸風(fēng)力機(jī)葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)與風(fēng)向無關(guān)，因此不需要像水平軸風(fēng)力機(jī)那樣采用迎風(fēng)裝置。立軸風(fēng)力機(jī)最典型的是由與薩窩紐斯同時(shí)代的法國人達(dá)里厄(G·J·Darrieus)首創(chuàng)的 Darrieus 型風(fēng)力機(jī) 根據(jù)風(fēng)葉的形狀，Darrieus 型風(fēng)力機(jī)又有多種形式： Φ 型、H 型、△型、Y 型和◇形等，其中以 Φ 型風(fēng)輪和 H 型風(fēng)輪最為典

如果按風(fēng)力機(jī)葉片吸收風(fēng)能方式劃分，又可以分為阻力型風(fēng)力機(jī)和升力型風(fēng)力機(jī)。圖1.2 立軸風(fēng)力機(jī)Fig.1.2 Vertical axis wind turbine現(xiàn)代立軸風(fēng)力機(jī)的發(fā)明人是法國工程師 Georges J.M.Darrieus，他分別于 1925年在法國和 1937 年在美國獲得立軸風(fēng)力機(jī)的發(fā)明專利，但當(dāng)時(shí)他的發(fā)明幾乎沒有得到人們的注意，以至于二十世紀(jì)六十年代兩名加拿大籍研究者在并不知情Georges J.M.Darrieus 發(fā)明專利的情況下再一次地重復(fù)了 GeorgesJ.M.Darrieus 的工作，盡管如此，今天的立軸風(fēng)力機(jī)依然以 Darrieus 形式得到聞名，并且由于受到Georges J.M.Darrieus 的啟發(fā)，立軸風(fēng)力機(jī)的新形式也層出不窮。上個(gè)世紀(jì) 70 年代美國國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 Sandia 開始著手商業(yè)化風(fēng)力機(jī)的研制工作，把主要的興趣集中在立軸風(fēng)力機(jī)上
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號】：TK83

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2672286