基于异步电动机的风力机风轮动态模拟方法

为提高风力发电机系统的控制性能，设计了一套风力机风轮的动态模拟装置，该装置具有与实际风力机风轮相同的机械特性，可用于设计、评价和测试实际的风力发电系统．假设负载在单位采样时间内恒定，模拟控制器根据电机反馈速度估算出每个采样时刻的负载值，由风力机风轮的特性计算出实际风轮的输出加速度，再与计算出的风轮加速度相比较，算出异步电动机的电磁转矩指令，采用直接转矩控制策略控制变频器，以调节异步电动机的电磁转矩．仿真结果表明，用该方法估算的负载值与实际负载相差很小，模拟系统的机械动态特性与实际风力机风轮的基本一致．     

水平轴风力机风轮叶片优化设计模型研究

提出了风力机风轮叶片的优化设计模型,该模型考虑了风场风速的概率分布,以风力机年能量输出最大为设计目标,使用遗传算法进行搜索寻优.利用开发的优化设计程序,设计了1.3 MW风力机的叶片.与已有风力机相比,设计结果显示了明显的优越性,从而说明了该优化设计模型的有效性和实用性.     

基于改进PSO的H型垂直轴风力机风轮优化设计

气动模型以双向多流管理论为基础,考虑风场的风速概率密度分布函数,以风力机发电机组的年平均输出功率最大为设计目标,采用改进的粒子群优化算法进行全局寻优搜索.利用开发的Matlab优化设计程序,在额定功率和额定风速一定时,针对特定风场优化设计H型垂直轴风力机风轮,得出风力机风轮的最佳匹配参数.与初步设计的风力机相比,优化后年平均输出功率增加了11.8%,且优化设计结果在气动性能方面有明显的优越性,说明该优化模型的实用性和有效性.     

1.5MW风力机叶片设计与气动性能分析

叶片是风力机中最关键的部件,其气动性能决定风力机的风能利用效率。本文通过Glauert法设计1.5 MW水平轴风力机叶片,并利用FLuENT中的k-ωSST湍流模型,采用周期性边界,对叶片进行气动性能进行数值模拟。分析叶片桨距角固定的风力机在不同来流时风轮的转矩和轴向推力。研究表明:风轮在额定工况下,输出功率1 602 kW,风能利用系数达到0.325,满足设计要求;风速大于12 m/s时,可通过适当降低转速来维持风力机输出功率。     

基于MATLAB的垂直轴风力机仿真研究

为了描述垂直轴风力机的输出特性,对垂直轴风力机运行风况、传动系统以及转速控制系统在MATLAB/SIMULINK模块中进行建模。以5 k W垂直轴风力机为例,运用双向多流管模型得到该风力机不同叶尖速比下的功率系数,并将数据导入MATLAB并运用曲线拟合工具箱得到该5 k W垂直轴风力机的风轮数学模型,从而建立SIMULINK模型。将风轮模型与其它模型组成风力机模型,给定风力机的一些运行参数,得到了可供分析的数据。通过仿真研究表明,MATLAB/SIMULINK可以较好地模拟风力机从风轮到传动系统的整体性能,为今后研究垂直轴风力机的整体性能提供参考依据。     

基于速度势面元法的风力机风轮三维气动性能预估

大型风力机风轮气动设计和性能分析需要更加准确、快速的预估方法。风力机风轮三维流场具有低Mach数、高Reynolds数的特点,该文把风轮流场简化为有势流场,将叶片表面和尾迹视为有势流场的边界,采用速度势方程作为流动控制方程,使用面元法进行求解,建立了风力机风轮三维气动性能数值计算的模型,并编制了计算程序。同时,还建立了适用于水平轴风力机的尾迹迭代求解方法,考虑了表面摩擦阻力对风轮转矩和推力的影响,提高了计算精度。与实验结果对比证明,该方法具有很好的计算准确性,为进一步研究常规运行工况下的风力机风轮气动性能,特别是大型变速变桨风力机气动性能提供了一个准确、快速的预估方法。     

风力机对沙尘输运影响的风洞试验研究

采用风洞试验的方法,以风力机模型和腾格里沙漠沙尘为研究对象,使用自主设计的点源式下沙仪构建风沙流场,在风力机后方5个截面处,收集沙尘、测量沙尘质量并计算输沙率,研究风力机对沙尘输运特性的影响规律．研究结果表明：风力机风轮旋转会促进沙尘在尾流区聚集,影响沙尘的输运;随着尾流的不断发展,尾流对沙尘输运的影响逐渐减弱．尾流区叶尖涡和中心涡处沙尘聚集,叶尖涡对沙尘的聚集效应相对中心涡更明显．风力机风轮的旋转会对沙尘产生一定的阻碍作用,且对大粒径沙尘的阻碍作用强于小粒径沙尘．     

螺旋式S型风轮气动性能试验研究

为了克服传统S型风轮扭矩波动大的缺点,提出了一种偏转180°螺旋式S型风轮,在低速风洞进行风洞气动性能试验.风轮的旋转直径420mm、高度680mm、偏心距100mm,测量了风轮在风速5m/s不同相位角对应的静扭矩以及风速10m/s不同负载下的转速与扭矩.通过对实验数据分析得出:螺旋式S型风轮始终产生促使转动的正的扭矩,叶尖损失造成静扭矩不随相位角恒定分布,但是静扭矩波动较小;风轮转速波动幅度随着尖速比的增大而减小,扭矩波动幅度随着尖速比的增大而减小;风轮扭矩系数是尖速比的一次函数且随着尖速比增大而减小,功率系数是尖速比的二次函数且截距为零,功率系数随着尖速比增大先增大后减小.     

打造最强风力机

正海上风力发电机组自出现以后,发展趋势体现为大型化。随着风力机的大型化,带来整机功率的提升。那么,风力机是没有最大,只有更大吗?风力机的效率究竟有没有上限呢?风力机的最大效率有多少?风能到电能的转换效率,因风力发电机(叶片)种类的不同而有很大差别。在风力机领域,相关的研究理论有许多种。其中,德国物理学家阿尔伯特·贝茨(Albert Betz)在1922~1925年发表了"贝茨理论",即动量理论,研究了经过风轮的风能有多少可以被转化为机械能。他首先假设在这个过程中没有能量损失,风都是理想气流,风轮能够吸收气流所有的能量。但是,如果风轮将风速降为0,后面的风就刮不过来了。因此,经过风轮的气流必须仍具有一定速度。也就是说,100%利用风能的风力机是不可能的。综合考虑,贝茨算出理想风轮的最大利用系数为0.593,即理论上最多只有59.3%的风能可以被风轮转化为机械能。实际上,在现实中根本不存在这样的"理想风力机",因此,风能利用系数也无法达到那么高的数值。除此之外,设计     

风力机尾流场及相互作用的实验研究

运用压差式精密风速仪对风力机尾流场及相互作用进行测量研究。对于单台风力机,测量其后不同距离处的尾流场轴向速度;对于两台风力机,测量下游风力机(第二台风力机)后不同距离处的尾流场轴向速度,由于下游风力机置于上游风力机(第一台风力机)尾流场中,尾流在向下扩展的过程中相互叠加影响,使得下游风力机尾流场变化更复杂。试验结果表明:由于风轮旋转和来流衰减,使得单台风力机后尾迹区存在速度亏损,尾迹区速度亏损随着风轮下游轴向距离的增加逐渐减弱,且轴向速度和轴向诱导速度在水平方向上表现出较强的对称性。由于风轮旋转时叶尖涡脱落,在距测量中心较远处出现高速度区域。当下游风力机置于上游风力机尾流场时,下游风力机的尾迹区内速度亏损更严重,由于上游风力机尾流的不稳定延伸,尾流叠加,轴向速度和轴向诱导速度出现明显的波动现象,且随着两风力机距离及下游风力机后轴向距离的增加,上游风力机对下游风力机的影响逐渐减弱。     

MW级风力发电机组的偏航系统控制策略

针对风力发电机组的风向变化绝对值(偏航角度)小于15°的风能捕获率问题,提出一种在不使用风向标传感器的情况下,采用陀螺仪和爬山算法相结合的方法来控制偏航机构,能够准确地采集到风向信号,快速调节机舱的偏转角度,使风力发电机风轮法线方向与变化的风向始终保持一致,实现最大捕获风能的控制策略。通过LabVIEW仿真软件对1.5MW的风力发电机在输入变化的风向信号时,功率和偏航电机动作进行仿真分析,结果表明该策略能够使风力机的输出有效功率增加,使得机舱具有对风快,平稳的特点。     

基于柔性传动链的风力机功率控制

针对风力机变桨系统特性,研究功率控制策略。首先分析风力机能量转换理论,确定影响功率输出的重要因素;再建立变桨系统闭环传递函数模型;以低速轴和高速轴为纽带,考虑柔性,建立柔性传动链系统模型。由于作用在风轮上的风速难于准确实时测量,以最小二乘支持向量机方法对风速进行预测,然后采用变论域模糊方法实现变桨过程中的功率控制,提高系统的自适应能力。仿真验证了所提方法的适用性和有效性。     

水平轴风力发电机塔架模态影响因素分析

 以某个大型水平轴风力发电塔架为例,采用四因素三水平试验对影响水平轴风力发电机塔架模态的因素进行分析;运用矩阵分析法对塔架进行模态计算,并利用大型有限元软件ABAQUS完成了塔架的数学建模和模态分析,分别考虑了塔架底部门洞、风轮(含轮毂)和机舱的质量、风轮(含轮毂)及机舱的整体偏心、塔架的壁厚及直径对塔架模态的影响。结果表明,风轮(含轮毂)及机舱的整体质量、塔架的壁厚以及直径对塔架的模态影响最为显著,而塔架底部的门洞对塔架模态的影响很小,可以忽略;塔架顶部风轮(含轮毂)及机舱的整体偏心对塔架模态的影响情况由风轮(含轮毂)及机舱的整体偏心程度决定,偏心越大受影响的程度越大。     

液压能量调节型风力发电机组储能发电的恒频控制

为了消除风能波动性和间歇性对电网平稳运行的冲击影响,实现风轮捕获能量的储存与调节,将储能系统引入到液压型风力发电机组的泵控马达闭式液压系统中,利用AMESim软件建立了无风时独立依靠储能系统储存液压能驱动马达旋转的数学模型.针对这种新型液压风力机液压系统的组成和工作原理,提出了一种恒压差+恒转速的双闭环马达恒转速控制策略以保证储能发电时发电机始终工作在同步转速.对比分析了在恒压差单闭环与恒压差+恒转速双闭环控制作用下系统各变量的响应曲线和变化趋势.仿真结果表明所设计的双闭环马达恒转速控制策略可以使马达转速稳定在1 500 r/min,满足储能单独发电时对输出电能频率的要求.     

具有流线型凸包的风力发电机气动特性

以300 W水平轴风力机叶片为研究对象,设计流线型凸包结构,并应用于风轮模型,结合滑移网格技术,对比研究光滑型与流线凸包型风力发电机的绕流场特性以及气动载荷特性,分析了三维绕流场内速度、压力、流线等的变化规律,以及不同风速下风力机的阻力系数及其功率的时程变化规律,探讨了流线凸包型与光滑型风轮在不同风速下运行时绕流特性的差异。结果表明:流线型凸包对流场有较好的改善结果;当风速增大时有明显的减阻效果,最大减阻率为19.53%,但其波动量增加为1.51%;凸包型风轮输出功率明显高于光滑型风轮,但随着风速增加,功率增加率也逐渐减弱。研究结果对水平轴风力机非定常气动特性研究及应用具有重要意义和价值。     

新型太阳能汽车的探索与思考

本文从太阳能电池的转化效率、储能器件的性能比较等方面,论述了制约太阳能汽车发展的瓶颈因素;分析研究了锂电池和飞轮电池的优缺点,提出了锂电池太阳能汽车和太阳能飞轮电池汽车的结构模型。     

砂轮形貌的计算机采样分析

砂轮表面形貌对磨削表面质量及磨削效率有很大的影响。为研究它的作用,就有必要随时精确了解砂轮表面形貌。虽然其测量方法有多种多样,在本文中我们将介绍一种具有实际应用价值的砂轮形貌测量系统,并对其组成、功能及原理进行讨论。     

硬质合金可转位刀片周边仿形磨削方法的精度分析

本文根据仿磨原理,分别讨论了砂轮磨损和用一个标准仿形凸轮仿磨不同大小的同形非标准刀片时所产生的磨削误差及形状畸变,并导出了计算磨削误差及畸变的参数方程.     

四驱电动车经济性改善的最优转矩分配控制

阐述了转矩分配控制实现四轮驱动电动车经济性改善的思路，采用效率最大化方法优化确定了转矩分配系数矩阵作为最优转矩分配控制策略核心，针对各种驾驶循环进行了能量消耗的仿真分析，仿真分析表明，最优转矩分配控制方法能够明显减少驱动能量消耗，增加反馈制动能量回收，总体能效提高约3％，同时能够大大降低轮毂电机的发热功率，延长其使用寿命，转矩分配最优化的控制方法能够应用于采用轮毂电机的纯电动车、前轴机械驱动，以及后轴电驱动的混合动力四轮驱动汽车的能量消耗经济性改善控制。     

变速恒频风力发电最大功率补获控制策略研究

为了最大限度地利用风能,提高风力发电系统的效率,在分析变速恒频风力发电系统最大风能捕获原理的基础上,研究了一种不需要检测风速的最大风能捕获功率控制策略.这种控制策略既可以实现双馈发电机系统低于额定风速下的最大风能捕获控制又可以实现变速恒频双馈风力发电机的有功、无功功率的前馈解耦控制.最后,利用Matlab/Simulink对不同风速下双馈发电机系统的运行性能进行了分析和比较,结果验证了该控制策略的正确性和可行性.