风力机技术及其设计PDF电子书下载

第1部分 空气动力学 1

第1章 风力机叶片设计 2

1.1 简介 2

1.2 理论最大效率 3

1.3 推动力 3

1.4 实际效率 5

1.5 水平轴风力机的叶片设计 6

1.5.1 叶尖速度比 6

1.5.2 叶片的平面形状和数量 7

1.5.3 配置 9

1.5.4 空气动力学 12

1.5.5 扭转角 14

1.5.6 非设计工况和功率调节 14

1.5.7 智能叶片设计 15

1.5.8 叶片形状综述 17

1.6 叶片负载 17

1.6.1 气动负载 18

1.6.2 重力和离心力负载 19

1.6.3 结构负载分析 19

1.6.4 挥舞弯曲 20

1.6.5 摆振弯曲 21

1.6.6 疲劳负载 22

1.6.7 叶片结构区域 22

1.7 总结 23

参考文献 24

第2章 使用聚风环技术的高功率输出风力机 27

2.1 简介 27

2.2 风力收集加速装置的开发（具有边缘的扩散器护罩，被称为“聚风环”） 28

2.2.1 选择扩散器型结构作为基本形式 28

2.2.2 形成涡流的环形板（被称为“边缘”）的思想 29

2.2.3 一种具有边缘扩散器护罩的风力机的特性 31

2.3 覆盖风力机具有边缘的紧凑型扩散器的开发 32

2.3.1 紧凑型聚风环风力机输出性能测试的试验方法 33

2.3.2 作为聚风环的紧凑型边缘扩散器形状的选择 33

2.3.3 具有紧凑型扩散器聚风环的风力机的输出功率 35

2.3.4 现场试验 36

2.4 在中国应用5kW风力机为农业灌溉提供稳定的电力 37

2.5 有效利用城市海滨的风能 38

2.6 总结 40

参考文献 41

第3章 应用树脂成型工艺对使用复合材料的风力机叶片的生态模制 42

3.1 简介 42

3.2 生态模制方法 43

3.2.1 生态模制的概念 43

3.2.2 概率方法的应用 44

3.3 叶片结构、材料和机械特性 45

3.3.1 三明治结构 45

3.3.2 机械特性 45

3.3.3 几何结构和尺寸 46

3.4 RTM成型工艺 47

3.5 渗透性的公式化（达西定律） 48

3.5.1 测量渗透率原理（一维流1D） 48

3.5.2 纵向渗透率与横向渗透率（三维流3D） 48

3.6 结果与讨论 51

3.6.1 一个单向层情况下树脂流动行为的仿真 51

3.6.2 两个单向层情况下树脂流动行为的仿真 52

3.7 总结 54

参考文献 54

第4章 利用微分进化算法对垂直轴风力机气动外形的优化 56

4.1 简介 56

4.1.1 可替代能源 56

4.1.2 风力机类型 56

4.1.3 计算模型 57

4.1.4 目标 58

4.2 垂直轴风力机的性能 58

4.2.1 风速和叶尖速度比 58

4.2.2 几何形状确定 59

4.2.3 性能预测 59

4.3 方法论 60

4.3.1 要求 60

4.3.2 针对性模块化设计 61

4.4 工具箱 61

4.4.1 几何外形生成 61

4.4.2 网格生成 63

4.4.3 求解器 65

4.4.4 后处理 65

4.4.5 优化 66

4.5 结果 68

4.5.1 网格依赖性研究 68

4.5.2 基线几何形状 70

4.5.3 实例1：3参数优化 72

4.5.4 实例2：4参数优化 77

4.6 总结 81

参考文献 81

第2部分 发电机与齿轮系统 83

第5章 风力发电机中具有辅助绕组的感应电机的性能评估 84

5.1 简介 84

5.2 风力发电机 85

5.3 提出的技术 86

5.4 实验结果 89

5.5 探讨与总结 91

参考文献 92

第6章 在风力机齿轮箱中有关疲劳度评估的动态齿轮接触力的时域建模与分析 94

6.1 简介 94

6.2 风力机的时域分析 95

6.3 齿轮的转矩反向问题 98

6.4 时域仿真的统计学不确定性影响 102

6.5 简化的齿轮接触疲劳分析 106

6.6 总结 110

参考文献 111

第3部分 塔架和基础 113

第7章 基于非线性状态估计技术（NSET）的风力机塔架振动建模与监测 114

7.1 简介 114

7.2 塔架振动建模方法：非线性状态估计技术（NSET） 115

7.3 风力机的SCADA数据准备和塔架的振动分析 118

7.3.1 低于额定风速时的塔架振动分析 118

7.3.2 高于额定风速时的塔架振动分析 120

7.4 利用非线性状态估计技术（NSET）的塔架振动建模 121

7.4.1 塔架振动模型与NSET方法 121

7.4.2 NSET塔架振动模型的验证 122

7.5 塔架振动模型用于风轮状态的监测 124

7.5.1 叶片角度的不对称检测 125

7.6 讨论与总结 126

参考文献 127

第4部分 控制系统 129

第8章 两种基于LQRI的风力机叶片变桨距控制 130

8.1 简介 130

8.2 风力机模型 131

8.3 变桨距控制设计 134

8.3.1 统一变桨距控制 135

8.3.2 独立变桨距控制器 136

8.4 仿真 138

8.5 总结 145

参考文献 145

第9章 变速风力机的功率控制设计 147

9.1 简介 147

9.2 系统建模 148

9.3 模拟器简要说明（FAST） 148

9.4 控制策略 149

9.4.1 转矩控制器 149

9.4.2 变桨距控制器 151

9.5 仿真结果 152

9.5.1 转矩和变桨距控制 153

9.5.2 带有噪声信号的转矩和变桨距控制 158

9.6 总结 161

参考文献 161

第10章 基于H∞的降低风力机负载的控制 163

10.1 简介 163

10.2 风力机模型 164

10.2.1 非线性模型 164

10.2.2 线性模型 164

10.3 基线传统控制策略（C1） 166

10.4 设计新控制器策略的目标 168

10.5 基于H∞范数约简（C2）新提出的控制策略 169

10.5.1 基于H∞范数约简的控制策略的设计 169

10.5.2 发电机转矩控制器（H∞转矩控制器） 170

10.5.3 总体桨距角控制器（H∞变桨距控制器） 173

10.5.4 H∞控制算法的分析 175

10.6 GH Bladed的结果 180

10.6.1 GH Bladed中的External Controller 180

10.6.2 疲劳分析（IEC61400-1第2版中的DLC1.2） 180

10.6.3 极端负载分析（IEC61400-1第2版中的DLC1.6） 185

10.7 总结 186

参考文献 187

第5部分 环境问题 189

第11章 大型风力机的电磁干扰 190

11.1 简介 190

11.2 干扰的分类 190

11.3 风力机控制系统的EMI和屏蔽 191

11.4 风力机中电磁干扰的测量 192

11.4.1 电磁干扰测量的一般方面 192

11.4.2 在风力机上测量雷电产生的电磁干扰 192

11.5 使用矩量法来定义风力机的电磁干扰源的例子 194

11.5.1 风力机通信系统 194

11.5.2 FEKO模型 194

11.5.3 电磁负载中的铸铁材料 194

11.6 仿真结果 196

11.6.1 轮毂内部天线 196

11.6.2 轮毂外部天线 197

11.7 总结 199

参考文献 199

第12章 风力机中的噪声污染防治：现状和近期发展 201

12.1 简介 201

12.2 噪声源 201

12.2.1 机械噪声 202

12.2.2 气动噪声 202

12.3 噪声减小策略 206

12.3.1 机械噪声的减小 206

12.3.2 气动噪声的减小 206

12.3.3 ？方法的使用 209

12.4 总结 210

参考文献 211