風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析（本科畢業(yè)論文設(shè)計(jì)）
摘 要

在新能源的開發(fā)和利用過程中，風(fēng)能日益得到世界各國的重視，風(fēng)力發(fā)電的相關(guān)技術(shù)也在日新月異地發(fā)展。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)備技術(shù)的研究更是其中的重要內(nèi)容。系統(tǒng)建模分析是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。本文以風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的傳動系統(tǒng)為研究對象，以空氣動力學(xué)基本理論為基礎(chǔ)，應(yīng)用剛性軸和柔性軸模型和定速感應(yīng)發(fā)電機(jī)模型，采用系統(tǒng)仿真軟件MATLAB/SIMULINK建立起傳動系統(tǒng)的模型。并以求解風(fēng)輪處的軸向誘導(dǎo)速度因子 、環(huán)向誘導(dǎo)速度因子 和風(fēng)輪扭矩為重點(diǎn)內(nèi)容，對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的工作性能進(jìn)行仿真。文章從結(jié)構(gòu)上分為五部分：第一部分簡要介紹了國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電的研究現(xiàn)狀和風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的動態(tài)模型研究現(xiàn)狀；第二部分討論了風(fēng)力機(jī)常用的空氣動力學(xué)基本理論,并詳細(xì)介紹了經(jīng)典的葉素動量理論；第三部分簡單介紹了本次設(shè)計(jì)所涉及的機(jī)械動力學(xué)的相關(guān)知識，提出了風(fēng)力機(jī)傳動系統(tǒng)的建模機(jī)理，并對MATLAB軟件進(jìn)行了簡單說明。第四部分以第二部分討論的空氣動力學(xué)基本理論為基礎(chǔ)，以2MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組為研究對象，在MATLAB/SIMULINK中建模，并設(shè)計(jì)程序研究12m/s風(fēng)速下風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的空氣動力學(xué)性能；第五部分根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)傳動系統(tǒng)各部分的受力關(guān)系依次建立剛性軸、柔性軸及發(fā)電機(jī)的動態(tài)過程的微分方程，建立微分方程的框圖，根據(jù)這些框圖建立SIMULINK模型，并進(jìn)行仿真，得出風(fēng)力發(fā)電機(jī)傳動系統(tǒng)的動態(tài)特性。


關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電機(jī)，空氣動力學(xué)，傳動系統(tǒng)，建模，仿真

ABSTRACT

Along with the exploitation of new energy resources, the wind power is drawing more and more attentions, and the corresponding technologies are developing rapidly. Research on the equipments of wind electric power generation is one of the important studies. Modeling and Analysis of the system play a great part in the wind electric power generation. This dissertation which worked on the transmission system of the equipment of wind electric power generation, based on elementary theory aerodynamics of wind turbine, constructed a virtual prototype of it ,using the stiff shaft model ,flexible shaft model and the induction generator by simulation of MATLAB/SIMULINK. The central work is calculation of the axial flow induction factor , the tangential flow induction factor and the aerodynamics torque, and to simulate the performance of the wind electric power generation. The article has given a presentation of the following five parts: Firstly, to introduce the research and development of the wind turbine and models in existence in the foreign countries of the world and in our country. Secondly, to discuss elementary theory aerodynamics of wind turbine and to introduce the classical blade element-momentum (BEM) theory in detail. Thirdly, simply to introduce some knowledge of mechanical kinetics used in this design, to think out the basis of mechanical kinetics of modeling the transmission system of the wind turbine, and tell something about the soft MATLAB/SIMULINK; Fourthly, 2MW wind turbine is researched on elementary theory aerodynamics of wind turbine described in part two. Modeling and programming in MATLAB/SIMULINK in order to get the aerodynamics performance of wind turbine. Lastly，in terms of the force relation among all the parts of transmission system of the wind turbine, build up differential equation of the stiff shaft model , flexible shaft model and the induction generator in dynamic procedure and set up the block diagram. In accordance with the block diagram mentioned above, build up the model and simulate with MATLAB/SIMULINK to get the dynamic character of the transmission system of the wind turbine.


Key words：Wind turbine, Aerodynamics, Transmission System, Modeling, Simulation

目錄

摘 要 I
ABSTRACT II
1 緒 論 1
1.1 國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電的研究與發(fā)展現(xiàn)狀 1
1.2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀 1
1.3 本次設(shè)計(jì)課題的意義 3
1.4 本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 3
2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)空氣動力學(xué)基本理論 5
2.1 引言 5
2.2 葉素動量理論 5
2.2.1 葉素理論 5
2.2.2 動量理論 7
2.2.3 葉素-動量理論誘導(dǎo)速度計(jì)算控制方程 8
2.3 本章小結(jié) 9
3 機(jī)械動力學(xué)基本理論及MATLAB軟件介紹 10
3.1 機(jī)械動力學(xué)基本理論 10
3.1.1 引言 10
3.1.2 機(jī)械振動基礎(chǔ) 11
3.2 風(fēng)力機(jī)傳動系統(tǒng)動力學(xué)建模機(jī)理 14
3.3 系統(tǒng)建模仿真軟件MATLAB/SIMULINK 14
3.4 本章小結(jié) 16
4 風(fēng)輪空氣動力學(xué)建模 17
4.1 引言 17
4.1.1 建模求誘導(dǎo)速度因子 17
4.1.2 誘導(dǎo)速度因子計(jì)算結(jié)果 25
4.1.3 求氣動轉(zhuǎn)矩、風(fēng)輪功率及功率系數(shù) 27
4.2 仿真結(jié)果 29
4.3 本章小結(jié) 30
5 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動系統(tǒng)建模與仿真 32
5.1 傳動機(jī)構(gòu)模型 32
5.1.1 剛性軸模型 32
5.1.2 柔性軸模型 33
5.1.3 發(fā)電機(jī)模型 35
5.2 基于MATLAB/SIMULINK的仿真框圖 36
5.3 仿真結(jié)果 38
5.4 本章小結(jié) 41
小結(jié) 35
致 謝 36
參 考 文 獻(xiàn) 37