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低风速风力发电技术在我国发展潜力巨大。本文在四个风能实地点观测及风资源评估分析的基础上,采用远程监控、系统编程处理数据等科学手段评估出了实测点处于低风速风场的结论,并基于Pitt-Peters动态入流理论研究了低风速下国产某型25KW风力机的空气动力学性能,对该款风力机进行了传动系统动力学的仿真分析,最后对该款风力机建立了虚拟样机模型并与Matlab进行联合仿真研究,从而为低风速下风力机工作性能的分析与仿真研究给出了一些完整的思路和方法。论文的主要工作内容如下:
提出了一套比较完整的风能统计评估的方法和流程,得出了为评价实测点风能资源和进行风力机仿真分析的一些主要参数的计算结果,并开发了风能测试评估软件WindAssess用以实现风能测试评估计算的自动化,为下文研究低风速下风力机的工作性能提供客观依据。
引入Pitt-Peters动态入流理论来分析低风速下25KW直驱永磁同步风力机的空气动力学特性,以弥补叶素一动量理论不能考虑空气质量变化造成风速滞后影响的缺陷,并与国际权威风力机软件GH-Bladed的分析进行对比,结果比较相近,从而说明了该理论模型的正确性。
在分析了普通水平轴风力机传动系统的刚性轴模型和柔性轴模型的基础上,推导了本文所研究的低风速下25KW直驱永磁同步风力发电机的刚性轴模型和柔性轴模型,并对两种模型进行了Simulink仿真分析,得出了柔性轴模型对该款风力机传动系统动力学研究更加准确的结论。
基于Wilson理论优化设计了风力机叶片的主要几何参数,以采用Pro/E软件建立了25KW直驱永磁同步风力机比较精确的三维模型,通过Pro/E软件与Adams软件的无缝连接Mech/Pro技术,将三维几何模型成功导入Adams软件以建立该款风力机的虚拟样机模型,最终通过Adams-Matlab联合仿真技术,验证了该款风力机满足控制设计要求,从而得出了其可在低风速下正常工作的结论。