低风速条件风力发电机组的初步研究

论文摘要

本文在分析低风速风能利用策略的基础上,认为设计适合低风速发电的大型风电机组是必要的。机组设计中最主要的是叶片设计。本文在分析多种风力机设计理论基础上,认为动量理论、涡流理论及动态尾流理论仍然是确定风电机组叶片设计参数和载荷的依据。基于对大型风电机组叶片改型设计方法的分析提出以结构系数κ为界,将叶片分为内圈和外圈两个区域。对于内圈区域的翼型以结构特性为主;叶片外圈区域以最大限度发挥翼型的空气动力特性作为主要设计目标。这种布局能够显著提高叶片的结构强度,同时也保持了叶片整体的气动性能。额定功率为1.5MW的风电机组设计实例与NORDEX-S77风电机组总体参数和系统布局基本吻合,只有叶片的参数和功率曲线有些差异,验证了设计方法的可行性。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 序论
• 1.1 研究背景
• 1.2 风力发电的发展现状
• 1.2.1 国外风力发电发展现状
• 1.2.2 我国风力发电发展现状
• 1.3 论文主要内容
• 第二章 低风速风能利用
• 2.1 理论基础
• 2.2 低风速风能利用策略
• 2.2.1 综述
• 2.2.2 具体应用策略
• 2.2.3 低风速并网风力发电
• 2.3 本章小结
• 第三章 风电机组气动数学模型
• 3.1 引言
• 3.2 动量理论模型
• 3.3 动量-叶素理论模型
• 3.4 涡流理论模型
• 3.4.1 基本形式的葛劳渥旋涡理论
• 3.4.2 改进的葛劳渥旋涡理论
• 3.5 动态尾流模型
• 3.6 各种数学模型的分析比较
• 3.7 本章小结
• 第四章 低风速风电机组风轮部件的总体初步方案设计
• 4.1 风力机空气动力设计参数
• 4.1.1 风速分布函数
• 4.1.2 风轮叶片数B
• 4.1.3 风轮直径D
• 1'>4.1.4 设计风速V₁
• 4.1.5 尖速比λ
• 4.1.6 理论输出功率曲线
• 4.2 作用在叶片上的载荷
• 4.2.1 正常运转中空气动力载荷
• 4.2.2 重力载荷
• 4.2.3 惯性载荷
• 4.2.4 振动
• 4.3 叶片设计
• 4.3.1 叶片材料
• 4.3.2 叶片结构设计
• 4.3.3 叶片气动设计
• 4.3.4 叶片结构和气动特性的平衡设计
• 4.4 本章小结
• 第五章 风电机组初步设计验证
• 5.1 风电机组设计任务要求
• 5.2 初始布局设计
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 在学期间发表的学术论文和参加科研情况