恒速變槳風力發(fā)電機風輪工作特性分析.pdf

1、全球經(jīng)濟的發(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的能源結(jié)構(gòu)中占著主導地位。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。同時大量使用化石能源不可避免的產(chǎn)生二氧化碳等對環(huán)境有害的物質(zhì)，對人們的生活健康有著不利影響。風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，風能是最具有開發(fā)利用價值的可再生能源。風能的利用方式主要有并網(wǎng)型和離網(wǎng)型，中小型風力發(fā)電機既可以用作獨立系統(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風力發(fā)電機組由于容量適宜、運輸維護方便、占地面積少受到了廣泛的應(yīng)用。風力機在生產(chǎn)應(yīng)用中，為使風力機輸出的頻率與用戶所需頻率或電網(wǎng)頻率相兼容，一般在風力發(fā)電機與電網(wǎng)間加入了復(fù)雜的換流系統(tǒng)，這個系統(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)電機的故障率；降低了發(fā)電機的可靠性。要實現(xiàn)中小型風力發(fā)電機的高可靠性就必須減少復(fù)雜、可靠性差的換流系統(tǒng)，因此研究一種

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

4、的功率輸出特性以及風力機在變槳運行時的功率輸出特性。最后以相似理論為依據(jù)，制作物理風輪實驗?zāi)Ｐ停瑢嵨锬Ｐ偷墓β市阅苓M行野外車載實驗驗證。
　　本文通過對恒速變槳風力機風輪工作特性的研究，得到了以下成果：
　　1.在風速低于額定風速下，為使風力機風能利用系數(shù)最大化，獲得了變槳風力機的最佳槳距角與風速的對應(yīng)關(guān)系；
　　2.風速超過額定風速后，在風力機保持穩(wěn)定的功率輸出的條件下，獲得了槳距角調(diào)節(jié)量與風速的關(guān)系；