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H型垂直轴风力发电机变桨策略研究

吴祥辉  
【摘要】:随着气候变化和环境污染问题的日益严峻,新能源受到了人们的广泛重视。风能,作为新能源的代表,具有蕴藏量大、分布广、无污染、可再生等优点,世界各国政府为鼓励开发风能所出台的的相关政策,更是为风能产业的发展创造了十分优越的条件。在如今的风电场应用最为广泛的是水平轴风力发电机,其相关技术经过几十年的发展也已经比较成熟。然而重心高、结构复杂、维护不便等不足却始终制约着水平轴风力发电机的进一步发展。近年来,垂直轴风力发电机因为能够很好的克服水平轴风力发电机的缺陷而倍受学者们的青睐。但其自启动能力差和风能利用效率低的问题阻碍其市场化和商业化。本文从改变叶片桨距角的角度着手提高风力机风轮整体的旋转力矩,从而使H型垂直轴风力发电机的自启动能力差和风能利用系数低的问题得到改善。首先,介绍了H型垂直轴风力发电机的基本原理,针对叶素理论进行了详细介绍。同时对叶素的受力分析展开公式推导,得出了风轮旋转力矩和风能利用系数的数学表达式。其次,对变桨距原理进行分析,并根据该原理设计了变桨规律流程图。通过MATLAB软件编写M函数,求出任意方位角下风轮旋转力矩的大小,然后对数据进行分析得出不同情况下的变桨规律,并通过仿真进行验证。最后,以STC12C5A60S2单片机为核心搭建了H型垂直轴风力发电机实验平台,完成了对风力机风速风向采集系统和变桨系统的硬件设计与软件编程。在实验平台上对变桨距模式和定桨距模式进行对比实验,验证了变桨距对H型垂直轴风力发电机的自启动能力和风能利用系数具有优化作用。


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