低风速风电机组风轮气动优化设计及优化控制研究

【摘要】随着规模化风电产业的不断发展,陆上常规较高风速以上风能资源的开发利用技术已接近成熟,开发低风速风能资源逐渐成为一个新的研究方向,低风速风能开发对扩大风能利用范围及补充化石能源短缺现状具有重要意义。低风速风能开发利用的核心在于风电机组对低风速风能的捕获效率,研究低风速风电机组叶片翼型优化、风轮气动性能优化,对提升低风速风能转换效率、降低机组成本、均衡机组载荷起到关键作用。本课题在国家科技支撑项目“5.0MW双馈式变速恒频近海风电机组整机设计、集成及示范(2009BAA22B02)”的资助下,围绕低风速风电机组风轮气动优化设计和机组优化控制方法、理论及关键技术开展了如下主要研究工作：(1)基于叶片气动设计理论和遗传算法优化理论,应用遗传算法优化叶片翼型参数,以中低风速风电机组叶片翼型为优化基准翼型,翼型升阻比为优化适应值函数,叶片上下表面的几何控制参数为翼型优化设计变量,经过遗传进化,获得了低风速风电机组叶片优化翼型系列。与基准翼型相比,优化翼型具有较高的升阻比和更大的升力系数。(2)基于Navier-Stokes方程的数值模拟方法,应用GAMBIT和FLUENT软件对优化翼型进行流场数值模拟,研究优化翼型的气动性能,包括翼型周围压力分布、速度分布、升阻力系数,数值分析结果验证了优化翼型的有效性。(3)基于叶素-动量理论,应用遗传算法优化叶片气动设计,以风能利用系数变量dCpmax为优化目标函数,弦长和扭角分布函数系数为叶片优化设计变量,经过遗传进化,获得了低风速风电叶片气动优化模型,并基于该叶片,应用GHBladed软件,构建3MW低风速风轮动力学模型,分析计算风轮气动性能,结果表明,低风速风电机组风轮具有更高的效率和更宽的高效率区,推力载荷较小,验证了叶片气动优化的有效性。(4)将模糊控制应用于双馈风电机组最大功率捕获和动态载荷控制,在GHBladed软件环境构建3MW低风速风电机组数学模型,设计转速模糊控制器和机组动态载荷模糊控制器,并进行动态仿真,结果显示应用模糊控制能使风电机组有效捕获最大功率和控制动态载荷。构建了一个基于dSACE控制系统的双馈风电机组在环测试平台,在环测试研究采用模糊控制的双馈风电机组性能,实验结果进一步验证了模糊控制在非线性时变的风电机组系统控制上的显著优点。
【作者】宋海辉；
【导师】田德；
【作者基本信息】华北电力大学，热能工程，2014，博士
【关键词】低风速风电机组；风轮；翼型；气动性能；优化控制；

【参考文献】
[1]白云朋.中学物理创新思维培养[D].山东师范大学,学科教学论,2003,硕士.
[2]权亚萍.基于偶联法聚合线型SBS的改性沥青流变特性研究[D].长安大学,材料工程（专业学位）,2014,硕士.
[3]陈尉刚,王欢,赵燕伟,洪欢欢.性能传导知识挖掘配置设计系统[J].机电工程,2013,07:802-806.
[4]徐丽娟.基于纹理分析云的分类技术的研究[D].南京信息工程大学,气象信息技术与安全,2012,硕士.
[5]孙宁建.基于FPGA的一种高速实时图像分割系统研究及其应用[D].南京理工大学,控制理论与控制工程,2013,硕士.
[6]周超.温度和CO_2浓度升高对稻麦轮作系统CH_4和N_2O排放的影响：T-FACE平台观测研究[D].南京农业大学,环境科学,2013,硕士.
[7]薛楚荧.社会性别视阈下官方话语对中国女性模式的塑造[D].安徽大学,中国近现代史,2013,硕士.
[8]王晓舟.1977-1994年中国体育对外关系变革与发展研究[D].苏州大学,体育人文社会学,2013,硕士.
[9]张宏先,唐泉涌.小浪底水利枢纽左岸山体初期防渗处理措施及效果[J].中国水利.2004(12)
[10]张萍,DINGStevenX,王桂增,周东华.采样数据系统的故障检测[J].自动化学报,2003,02:306-311.
[11]宋春阳.蒂森电梯公司安全质量管理研究[D].天津大学,工商管理,2013,硕士.
[12]李耀冬.海藻膳食纤维复方辅助降血糖作用研究[D].华侨大学,生物化工,2014,硕士.
[13]王琳.洛阳市Y酒店营销策略研究[D].河南科技大学,工商管理（专业学位）,2013,硕士.
[14]苏明扬.质谱于环境中农药残留快速检测中的应用[D].浙江理工大学,应用化学,2014,硕士.
[15]薛鹏军.基于知识库的中文网络检索工具——经济信息智能搜索引擎研究[D].南京农业大学,2001.
[16]朱江.城市电视台民生新闻生产研究[D].安徽大学,新闻与传播,2014,硕士.
[17]赵晨露.龙门山前陆盆地断裂系统研究[D].成都理工大学,地球探测与信息技术,2013,硕士.
[18]贾亚飞.外部可调限流型恒流恒压DC-DC转换器的研究[D].长安大学,检测技术与自动化装置,2014,硕士.
[19]曹江宁.外国海事仲裁裁决承认与执行中公共政策法律问题研究[D].大连海事大学,海商法,2013,硕士.
[20]殷洁.口语交际中的语用移情策略研究[D].山西财经大学,外国语言学及应用语言学,2013,硕士.
[21]张海蓉.Fusarium sp.SYBC Lz产脂肪酶及其酶学性质研究[D].江南大学,生物化学与分子生物学,2012,硕士.
[22]王寅秋,伍清河,王垚.高阶有向积分器网络的包含控制[J].控制与决策,2013,08:1195-1199+1206.
[23]龚仁吉.涡轴发动机多变量滑模控制设计与仿真研究[D].南京航空航天大学,航空宇航推进理论与工程,2013,硕士.
[24]王桐.基于Android智能移动终端的无线远程管控系统研究与应用[D].西南交通大学,计算机技术,2013,硕士.
[25]孙翰.智力资本与新三板企业绩效关系之探究[D].江西财经大学,会计学,2013,硕士.
[26]秦晋,安康,盛雷梅,郁黎明,赵新洛.石墨晶界缺陷的扫描隧道显微镜研究[J].真空科学与技术学报,2015,03:372-375.
[27]宋佳.基于数字化方法的微裂缝特征研究[D].成都理工大学,油气田开发工程,2011,硕士.
[28]刘江华.分类讨论思想在高一数学教学中逐步渗透的实践探究[D].河北师范大学,学科教学,2013,硕士.
[29]李中春.企业集团预算管理研究[D].武汉理工大学,会计学,2004,硕士.
[30]吴健.集成电路系统级ESD防护研究[D].浙江大学,微电子学与固体电子学,2013,硕士.
[31]庄江航.中美商业动画对比研究[D].华东师范大学,设计艺术学,2013,硕士.
[32]吴文兵.粗糙集理论在关联规则挖掘中的应用[D].江西师范大学,2004.
[33]闵祥红.民间视野下莫言小说中的表象与真实[D].西南大学,比较文学与世界文学,2014,硕士.
[34]王敏.3G网与固定网融合业务的研究[J].电信网技术.2004(09)
[35]张秋实.私募基金监管法律问题研究[D].四川省社会科学院,民商法学,2014,硕士.
[36]汪晓霞.兰州市商品住宅价格时空变化研究[D].西北师范大学,人文地理学,2013,硕士.
[37]谭华林,杨成梧.广义系统一类鲁棒观测器的设计[J].自动化学报,1991,02:225-229.
[38]席裕庚,李德伟,林姝.模型预测控制——现状与挑战[J].自动化学报,2013,03:222-236.
[39]唐岷.城市公共自行车的经营模式与租车点布局优化研究[D].长安大学,交通运输工程（专业学位）,2014,硕士.
[40]申海龙.TPX2、Aurora-A和PCNA在脑胶质瘤中的表达及其临床意义[D].河北医科大学,外科学,2013,硕士.
[41]杨坤,沈艳霞,纪志成.时变时滞连续切换奇异系统的一致有限时间稳定分析[J].控制与决策,2014,07:1316-1320.
[42]胡添勇.碳纳米管微焦点X射线管的设计与研制[D].电子科技大学,2013.
[43]陈财音青格乐.商事登记效力研究[D].内蒙古大学,民商法学,2013,硕士.
[44]尹冀.汽车钢制车轮的冲击性能仿真与轻量化研究[D].上海交通大学,车辆工程,2013,硕士.
[45]刘奇勇.不同品质类型小麦品种产量和品质性状对无机营养的响应特点[D].河北农业大学,作物栽培学与耕作学,2004,硕士.
[46]林友威.房地产投资组合优化及风险度量模型研究[D].浙江大学,2007.
[47]黄惠琼.广东地区不寐患者的证型分析[D].广州中医药大学,中医学（专业学位）,2013,硕士.
[48]范萍,陈秀萍,黄方麟,陈枫,杨晋涛,钟明强.聚(N-异丙基丙烯酰胺)/石墨烯纳米复合水凝胶的制备及其溶胀性能（英文）[J].材料科学与工程学报,2015,01:22-25+40.
[49]贺红娟.基于平面电磁传感器阵列的缺陷定量检测方法研究[D].国防科学技术大学,仪器科学与技术,2012,硕士.
[50]石立志.基于滑动电接触实验机的摩擦副摩擦磨损特性研究[D].辽宁工程技术大学,电力电子与电力传动,2012,硕士.