風切變對風能轉換裝置輸出特性影響及變槳優(yōu)化研究

【摘要】： 風輪是風力機的關鍵部件,其氣動性能直接決定了風力機能從風中提取的能量多少及其轉化效率,是風力發(fā)電技術中的核心內容。然而風速在空間上具有風切變特性,致使風力機葉片掃掠面的不同水平截面的風速大小各不相同,風速的變化使得風力機葉片運行工況時刻發(fā)生改變,直接影響到風輪的氣動性能,進而影響風力發(fā)電設備的效率與安全。 本文針對風切變影響風能轉換裝置輸出特性這一個問題,選取了容量1.5MW,風輪直徑82.7m的風力發(fā)電機組,對其在風切變流場中輪轂高度處的來流風速為額定風速時的葉片變槳進行了研究。研究內容包括風切變流場中風輪氣動特性研究,風切變流場中風輪葉片旋轉到任意相位角時各截面節(jié)距角計算,風輪葉片旋轉到任意相位角時最佳節(jié)距角的優(yōu)化選取,風切變流場中風輪輸出特性仿真模擬等。 為了實現(xiàn)所研究的內容,本文以風力機空氣動力學的基礎理論為依據,建立了風切變流場中風輪氣動特性數(shù)學模型,通過Matlab軟件編制風切變流場中理想葉片旋轉到任意相位角時各截面節(jié)距角計算程序,用多項式擬合的方法歸納出理想葉片旋轉到任意相位角時各截面節(jié)距角變化規(guī)律方程;進行節(jié)距角優(yōu)化選取后,建立了實際葉片旋轉一周變槳方程;為了驗證風切變對風能轉換裝置輸出特性的影響,分別對葉片旋轉到任意相位角時不變槳風輪輸出功率和葉片按照變槳方程進行變槳風輪輸出功率進行了仿真模擬,通過仿真結果對比分析可知,在風切變流場中進行葉片旋轉一周變槳距調節(jié),可使得風輪輸出的平均功率約為1492kW,比葉片旋轉到任意相位角時不變槳風輪輸出的平均功率高出約18kW,風輪的效率提高1%以上,且使葉片旋轉到某些相位角時風輪輸出功率波動減弱,減小了風切變對風能轉換裝置的影響。為今后對大型風力發(fā)電機組變槳距優(yōu)化進一步研究提供參考。 【關鍵詞】：風切變 節(jié)距角 變槳 輸出功率
【學位授予單位】：內蒙古工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2009
【分類號】：TK83
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第一章 緒論9-15
• 1.1 引言9-10
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀10-12
• 1.2.1 國外的研究現(xiàn)狀10-11
• 1.2.2 國內的研究現(xiàn)狀11-12
• 1.3 課題研究的意義12-13
• 1.4 課題的研究對象13
• 1.5 課題研究主要內容13-14
• 1.5 關鍵技術14
• 1.6 本章小結14-15
• 第二章 風切變流場中風速梯度分析15-22
• 2.1 大氣邊界層的結構及主要特征15-16
• 2.2 風速變化規(guī)律16-19
• 2.2.1 對數(shù)律分布16-17
• 2.2.2 指數(shù)律分布17-19
• 2.3 風電場中實測風速梯度分析19-20
• 2.4 風切變流場中風輪葉片運行工況分析20-21
• 2.5 本章小結21-22
• 第三章 風切變流場中風輪氣動特性數(shù)學模型22-29
• 3.1 風切變流場中風輪葉片受力分析22-25
• 3.2 風切變流場中風輪的動量理論數(shù)學模型25-26
• 3.3 風切變流場中的葉素—動量理論數(shù)學模型26-27
• 3.4 風切變流場中葉稍與輪轂損失分析27
• 3.5 本章小結27-29
• 第四章 風切變流場中變槳優(yōu)化研究29-46
• 4.1 0°相位角時葉片外形設計29-34
• 4.1.1 風輪的基本技術參數(shù)的選定29-30
• 4.1.2 0°相位角時葉片外形設計方法的選定30
• 4.1.3 0°相位角時葉片外形設計數(shù)學模型的建立30-31
• 4.1.4 0°相位角時葉片外形設計的計算步驟31-32
• 4.1.5 葉片外形設計的計算程序編制32-34
• 4.1.5.1 0°相位角時葉片外形設計計算機程序流程32
• 4.1.5.2 0°相位角時葉片外形設計結果32-34
• 4.2 理想葉片旋轉到任意相位角時各截面節(jié)距角計算34-41
• 4.2.1 理想葉片旋轉到任意位置各截面節(jié)距角數(shù)學模型34-35
• 4.2.2 理想葉片旋轉到任意相位角時各截面的扭角計算步驟35
• 4.2.3 理想葉片旋轉到任意相位角時各截面的節(jié)距角計算程序編制35-37
• 4.2.4 理想葉片旋轉到任意相位角時各截面節(jié)距角擬合方程的建立.37-41
• 4.3 葉片旋轉一周最佳節(jié)距角選取41-45
• 4.3.1 優(yōu)化選取最佳節(jié)距角方法研究42
• 4.3.2 葉片旋轉一周最佳節(jié)距角選取計算機程序的編制42-43
• 4.3.3 優(yōu)化選取的葉片旋轉一周最佳節(jié)距角擬合方程43-45
• 4.4 本章小結45-46
• 第五章 風切變流場中風輪輸出功率仿真46-53
• 5.1 風切變流場中風輪輸出功率仿真模擬46-47
• 5.1.1 風切變流場中風輪輸出功率仿真計算方法分析46
• 5.1.2 風切變流場中風輪輸出功率仿真計算數(shù)學模型46-47
• 5.1.3 風切變流場中風輪輸出功率仿真模擬計算機程序編制47
• 5.2 風切變流場中風輪輸出功率仿真結果分析47-52
• 5.2.1 葉片旋轉一周不變槳風輪輸出功率仿真結果分析47-50
• 5.2.2 葉片旋轉一周變槳風輪輸出功率仿真結果分析50-52
• 5.3 本章小結52-53
• 第六章 結論與展望53-55
• 6.1 結論53
• 6.2 展望53-55
• 參考文獻55-57
• 致謝57-58
• 在讀期間取得的科研成果58

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