風力機氣動特性及其安全控制.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、AERoDYNAMICCHARACTERISTICSANDSAFETYCoNTRoLoFWINDTURBINEAThesisSubmiRedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringBYWangFeiSupervisedbyProfLuJianhongSchoolofEnergyandEnvironmentSoutheastUniversityMarch2

2、012Abstract捅要論文題目:風力機氣動特性及其安全控制研究生姓名:導師姓名:學校名稱:東南大學正文:作為典型綠色能源的風能,對于緩解能源危機、實現碳減排可發(fā)揮巨大的作用,風力發(fā)電己成為新能源中發(fā)展最快、最具有發(fā)展前景的一種發(fā)電方式。風輪是風電機組的關鍵部件,其性能直接影響風電機組的效率,因此,風輪的設計工作受到越來越多的重視??刂萍夹g亦是風電機組的核心技術之一,是保證機組高效安全運行的關鍵。然而,目前大多數風電控制系統(tǒng)將控制焦點

3、集中于輸出功率,沒有將風力機的安全納入控制目標中,造成風電場安全事故頻繁發(fā)生。因此,本文以風力機氣動特性的數值模擬作為紐帶,將葉片的應力變形融入控制系統(tǒng),設計風力機安全控制器。對設計的風力機進行氣動特性數值模擬,一方面可以為建立風輪模型提供轉矩特性數據,另一方面可以為分析葉片的應力變形提供有效的氣動壓力數據。本文根據上述思路,主要進行了以下研究:1、為深入理解風力機基礎理論、提供氣動特性數值模擬的模型參數,根據葉素動量理論作初步的風輪設

4、計,設計出風輪各參數以及周圍風場的結構;2、根據設計的風輪建立三維模型,并采用Fluent軟件對風力機在典型工況下進行氣動特性數值模擬,得到了風力機的轉矩和葉片氣動壓力分布特性,獲取了葉片周圍風速和不同截面處的壓力分布特性,分析了葉片表面的動態(tài)失速以及葉尖損失對風力機的影響;3、利用建立的葉片模型,首先采用Ansys軟件對葉片結構進行模態(tài)分析,驗證靜力學分析的可行性,在此基礎之上,利用數值模擬得到的葉片氣動壓力數據對葉片結構進行靜力學分

5、析,獲取葉片應力變形的分布特性;4、根據數值模擬得到的風輪轉矩特性數據,采用BP神經網絡建立風輪模型,并結合機理分析建模的方法,對整個風力發(fā)電機組建立仿真模型。在此基礎之上,針對變槳距部分,設計傳統(tǒng)PID控制器和模糊控制器,仿真結果表明,模糊控制器具有更高的控制品質:5、針對目前風電控制系統(tǒng)存在的缺陷,提出新的控制方案,控制輸出功率達到目標的同時,降低葉片的應力變形,以保障風力機的安全。本文首次將風力機葉片的應力變形特性與控制系統(tǒng)的設計

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