風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)特性及其安全控制.pdf

1、AERoDYNAMICCHARACTERISTICSANDSAFETYCoNTRoLoFWINDTURBINEAThesisSubmiRedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringBYWangFeiSupervisedbyProfLuJianhongSchoolofEnergyandEnvironmentSoutheastUniversityMarch2

2、012Abstract捅要論文題目：風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)特性及其安全控制研究生姓名：導(dǎo)師姓名：學(xué)校名稱：東南大學(xué)正文：作為典型綠色能源的風(fēng)能，對(duì)于緩解能源危機(jī)、實(shí)現(xiàn)碳減排可發(fā)揮巨大的作用，風(fēng)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(fēng)輪是風(fēng)電機(jī)組的關(guān)鍵部件，其性能直接影響風(fēng)電機(jī)組的效率，因此，風(fēng)輪的設(shè)計(jì)工作受到越來(lái)越多的重視?？刂萍夹g(shù)亦是風(fēng)電機(jī)組的核心技術(shù)之一，是保證機(jī)組高效安全運(yùn)行的關(guān)鍵。然而，目前大多數(shù)風(fēng)電控制系統(tǒng)將控制焦點(diǎn)

3、集中于輸出功率，沒(méi)有將風(fēng)力機(jī)的安全納入控制目標(biāo)中，造成風(fēng)電場(chǎng)安全事故頻繁發(fā)生。因此，本文以風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)特性的數(shù)值模擬作為紐帶，將葉片的應(yīng)力變形融入控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)風(fēng)力機(jī)安全控制器。對(duì)設(shè)計(jì)的風(fēng)力機(jī)進(jìn)行氣動(dòng)特性數(shù)值模擬，一方面可以為建立風(fēng)輪模型提供轉(zhuǎn)矩特性數(shù)據(jù)，另一方面可以為分析葉片的應(yīng)力變形提供有效的氣動(dòng)壓力數(shù)據(jù)。本文根據(jù)上述思路，主要進(jìn)行了以下研究：1、為深入理解風(fēng)力機(jī)基礎(chǔ)理論、提供氣動(dòng)特性數(shù)值模擬的模型參數(shù)，根據(jù)葉素動(dòng)量理論作初步的風(fēng)輪設(shè)

4、計(jì)，設(shè)計(jì)出風(fēng)輪各參數(shù)以及周?chē)L(fēng)場(chǎng)的結(jié)構(gòu)；2、根據(jù)設(shè)計(jì)的風(fēng)輪建立三維模型，并采用Fluent軟件對(duì)風(fēng)力機(jī)在典型工況下進(jìn)行氣動(dòng)特性數(shù)值模擬，得到了風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)矩和葉片氣動(dòng)壓力分布特性，獲取了葉片周?chē)L(fēng)速和不同截面處的壓力分布特性，分析了葉片表面的動(dòng)態(tài)失速以及葉尖損失對(duì)風(fēng)力機(jī)的影響；3、利用建立的葉片模型，首先采用Ansys軟件對(duì)葉片結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析，驗(yàn)證靜力學(xué)分析的可行性，在此基礎(chǔ)之上，利用數(shù)值模擬得到的葉片氣動(dòng)壓力數(shù)據(jù)對(duì)葉片結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力學(xué)分

5、析，獲取葉片應(yīng)力變形的分布特性；4、根據(jù)數(shù)值模擬得到的風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩特性數(shù)據(jù)，采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立風(fēng)輪模型，并結(jié)合機(jī)理分析建模的方法，對(duì)整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組建立仿真模型。在此基礎(chǔ)之上，針對(duì)變槳距部分，設(shè)計(jì)傳統(tǒng)PID控制器和模糊控制器，仿真結(jié)果表明，模糊控制器具有更高的控制品質(zhì)：5、針對(duì)目前風(fēng)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(dá)到目標(biāo)的同時(shí)，降低葉片的應(yīng)力變形，以保障風(fēng)力機(jī)的安全。本文首次將風(fēng)力機(jī)葉片的應(yīng)力變形特性與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)