恒速變槳風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪工作特性分析.pdf

1、全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展加速了能源的消耗，其中煤、石油、天然氣等不可再生能源在我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)中占著主導(dǎo)地位。過度的能源消耗，加速了化石能源的枯竭，不利于能源的可持續(xù)發(fā)展。同時(shí)大量使用化石能源不可避免的產(chǎn)生二氧化碳等對(duì)環(huán)境有害的物質(zhì)，對(duì)人們的生活健康有著不利影響。風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源越來越受到人們的重視。除了水能外，風(fēng)能是最具有開發(fā)利用價(jià)值的可再生能源。風(fēng)能的利用方式主要有并網(wǎng)型和離網(wǎng)型，中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)既可以用作獨(dú)立系統(tǒng)為用戶生產(chǎn)和生活用

2、電提供電力，也可以作為用戶側(cè)分布式并網(wǎng)系統(tǒng)，為用戶側(cè)電網(wǎng)輸送電力。5kW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組由于容量適宜、運(yùn)輸維護(hù)方便、占地面積少受到了廣泛的應(yīng)用。風(fēng)力機(jī)在生產(chǎn)應(yīng)用中，為使風(fēng)力機(jī)輸出的頻率與用戶所需頻率或電網(wǎng)頻率相兼容，一般在風(fēng)力發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)間加入了復(fù)雜的換流系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)增加了電流中的諧波成份；增加了頻率控制的電能功耗；增加了發(fā)電機(jī)的故障率；降低了發(fā)電機(jī)的可靠性。要實(shí)現(xiàn)中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的高可靠性就必須減少?gòu)?fù)雜、可靠性差的換流系統(tǒng)，因此研究一種

3、高風(fēng)能利用率的變槳恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)非常有必要。
　　本文首先由Wilson設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)計(jì)算風(fēng)輪的氣動(dòng)外形，同時(shí)基于葉素理論推導(dǎo)分析了5kW風(fēng)力發(fā)電機(jī)在運(yùn)行過程中的變槳原理，提出了不同風(fēng)速下槳距角調(diào)節(jié)量的計(jì)算方法。然后利用MATLAB軟件編程計(jì)算葉片的外形參數(shù)以及槳距角的調(diào)節(jié)量，并根據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換原理將二維坐標(biāo)轉(zhuǎn)化成三維坐標(biāo)，在Gambit軟件中建立風(fēng)輪模型。接著利用Ansys軟件對(duì)風(fēng)輪進(jìn)行不同槳距角工況的數(shù)值模擬，模擬風(fēng)力機(jī)在定槳運(yùn)行時(shí)

4、的功率輸出特性以及風(fēng)力機(jī)在變槳運(yùn)行時(shí)的功率輸出特性。最后以相似理論為依據(jù)，制作物理風(fēng)輪實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，?duì)實(shí)物模型的功率性能進(jìn)行野外車載實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　本文通過對(duì)恒速變槳風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪工作特性的研究，得到了以下成果：
　　1.在風(fēng)速低于額定風(fēng)速下，為使風(fēng)力機(jī)風(fēng)能利用系數(shù)最大化，獲得了變槳風(fēng)力機(jī)的最佳槳距角與風(fēng)速的對(duì)應(yīng)關(guān)系；
　　2.風(fēng)速超過額定風(fēng)速后，在風(fēng)力機(jī)保持穩(wěn)定的功率輸出的條件下，獲得了槳距角調(diào)節(jié)量與風(fēng)速的關(guān)系；