風力機氣動特性及其安全控制.pdf

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(xiàn)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(guān)鍵部件，其性能直接影響風電機組的效率，因此，風輪的設(shè)計工作受到越來越多的重視?？刂萍夹g(shù)亦是風電機組的核心技術(shù)之一，是保證機組高效安全運行的關(guān)鍵。然而，目前大多數(shù)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(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)計風力機安全控制器。對設(shè)計的風力機進行氣動特性數(shù)值模擬，一方面可以為建立風輪模型提供轉(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壓力數(shù)據(jù)。本文根據(jù)上述思路，主要進行了以下研究：1、為深入理解風力機基礎(chǔ)理論、提供氣動特性數(shù)值模擬的模型參數(shù)，根據(jù)葉素動量理論作初步的風輪設(shè)

4、計，設(shè)計出風輪各參數(shù)以及周圍風場的結(jié)構(gòu)；2、根據(jù)設(shè)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(shù)值模擬，得到了風力機的轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)進行模態(tài)分析，驗證靜力學分析的可行性，在此基礎(chǔ)之上，利用數(shù)值模擬得到的葉片氣動壓力數(shù)據(jù)對葉片結(jié)構(gòu)進行靜力學分

5、析，獲取葉片應(yīng)力變形的分布特性；4、根據(jù)數(shù)值模擬得到的風輪轉(zhuǎn)矩特性數(shù)據(jù)，采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立風輪模型，并結(jié)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(chǔ)之上，針對變槳距部分，設(shè)計傳統(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(yīng)力變形，以保障風力機的安全。本文首次將風力機葉片的應(yīng)力變形特性與控制系統(tǒng)的設(shè)計