離網(wǎng)小型垂直軸風(fēng)電系統(tǒng)的特性研究與結(jié)構(gòu)開發(fā)
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- 作者：莫秋云
- 出版時(shí)間：2020/10/1
- ISBN：9787560657875
- 出 版 社：西安電子科技大學(xué)出版社
- 中圖法分類：TM614
- 頁碼：200
- 紙張：膠版紙
- 版次：1
- 開本：16K
本書共七章，包括風(fēng)力發(fā)電與垂直軸風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展、垂直軸風(fēng)力發(fā)電的理論研究及流場特性分析、風(fēng)能的轉(zhuǎn)換與儲存、垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電氣控制系統(tǒng)、離網(wǎng)小型垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)研究與開發(fā)、垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)全生命周期評價(jià)以及實(shí)驗(yàn)研究與論證等內(nèi)容。
本書基于風(fēng)能利用率和結(jié)構(gòu)局限狀態(tài)，指出風(fēng)能利用率的多場耦合理論、能量利用率的建模方法以及效能評估機(jī)理等方面存在的關(guān)鍵技術(shù)問題，論證解決辦法，提出以計(jì)算流體力學(xué)、綠色與全生命周期設(shè)計(jì)、能量轉(zhuǎn)化理論、電磁理論等多學(xué)科交叉為理論依據(jù)，建立多場多學(xué)科交叉系統(tǒng)分析模型，最終實(shí)現(xiàn)高效能、高集成度的風(fēng)電系統(tǒng)的整機(jī)研發(fā)。在風(fēng)能轉(zhuǎn)化與存儲方面創(chuàng)新地提出了新概念風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)多學(xué)科風(fēng)輪優(yōu)化模型和變步長占空比擾動MPPT模型，提出并開發(fā)多情景LCA安裝評價(jià)系統(tǒng)。通過自行搭建的實(shí)驗(yàn)平臺，獲得大量數(shù)據(jù)并驗(yàn)證了所構(gòu)建模型的合理性，研發(fā)的“風(fēng)輪—電機(jī)”集成一體化風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩系數(shù)相對普通機(jī)型可提高12.76%，轉(zhuǎn)矩系數(shù)波動幅度減小48.25%。
本書是在提煉了國家基金、省級科技攻關(guān)與基金項(xiàng)目的主要研究成果的基礎(chǔ)上完成的，所總結(jié)的科研經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)、方法等，可為風(fēng)力發(fā)電技術(shù)專業(yè)研究人員及技術(shù)開發(fā)人員提供較為前沿的參考和借鑒。
中國經(jīng)濟(jì)的快速增長引發(fā)了巨大的能源消耗，大量傳統(tǒng)化石能源的使用帶來的環(huán)境污染已不容忽視，我國以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)亟待調(diào)整。為了有效解決這一難題，我國近幾年大力發(fā)展清潔能源產(chǎn)業(yè)，水能、風(fēng)能、核能、太陽能等清潔能源都得到了較好的應(yīng)用。風(fēng)力發(fā)電作為一種清潔、可再生的電力獲取形式，對我國乃至世界的能源發(fā)展都具有重要意義。
垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)雖然對風(fēng)能的利用率較低，但由于其安裝簡單、運(yùn)行穩(wěn)定性好、工作噪聲低、抗風(fēng)能力強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)被廣泛運(yùn)用于離網(wǎng)發(fā)電。但相較于水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)能利用率較低，主要原因是存在諸多亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)問題，如低風(fēng)速下高風(fēng)能利用率的多場耦合理論不完善，系統(tǒng)性能量利用率的建模方法及效能評估機(jī)理的研究還不成熟，間歇性風(fēng)能與極限環(huán)境影響系統(tǒng)功率特性參數(shù)變化易引起控制電路不穩(wěn)定的問題也沒有得到有效解決等。
本書是在國家自然科學(xué)基金“多尺度多因素協(xié)同作用的風(fēng)電系統(tǒng)能效評估機(jī)理的研究”、廣西自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于能量收集與多學(xué)科優(yōu)化的垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究”等系列相關(guān)項(xiàng)目研究內(nèi)容的基礎(chǔ)上撰寫而成的，在能量轉(zhuǎn)化與利用理論、機(jī)械結(jié)構(gòu)與電器結(jié)構(gòu)開發(fā)理論、多場多學(xué)科交叉融合理論研究方面有一定深度，在實(shí)驗(yàn)平臺建設(shè)和實(shí)踐認(rèn)證方法方面也做出了大膽的嘗試并取得了初步的成效。因此，本書具有較好的科學(xué)性、系統(tǒng)性與前沿性。
作者多年從事風(fēng)力發(fā)電（簡稱風(fēng)電）專業(yè)技術(shù)研究，先后完成了多個(gè)國家級及省部級項(xiàng)目，對風(fēng)力發(fā)電技術(shù)有系統(tǒng)的認(rèn)知和全面的把握。撰寫本書的目的就是為了介紹所完成項(xiàng)目的研究成果，為風(fēng)電技術(shù)專業(yè)研究人員及技術(shù)開發(fā)人員提供較為前沿的技術(shù)資料，同時(shí)介紹科研經(jīng)驗(yàn)及技術(shù)、方法，為風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新及科研成果的轉(zhuǎn)化注入新的動力。
本書共七章，主要內(nèi)容包括風(fēng)力發(fā)電與垂直軸風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展、垂直軸風(fēng)力發(fā)電的理論研究及流場特性分析、風(fēng)能的轉(zhuǎn)換與儲存、垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電氣控制系統(tǒng)、離網(wǎng)小型垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)研究與開發(fā)、垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)全生命周期評價(jià)以及實(shí)驗(yàn)研究與論證。
本書由莫秋云教授組織編寫，并完成寫作思路、整體框架的設(shè)計(jì)以及全書的統(tǒng)稿工作。具體的編寫分工為：劉偉豪編寫第1章和第5章，管會森、尹嘉蓓編寫第2章，廖智強(qiáng)、陳林編寫第3章和第7章，廖智強(qiáng)編寫第4章和第6章。
限于作者的水平，書中難免會有不當(dāng)之處，誠請讀者提出寶貴意見和建議，也希望從事垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)相關(guān)專業(yè)研究的專家批評指正。
第1章 風(fēng)力發(fā)電與垂直軸風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展 1
1.1 風(fēng)能與風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)發(fā)展前沿 1
1.1.1 風(fēng)能研究理論及現(xiàn)狀分析 1
1.1.2 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展 5
1.1.3 垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的組成與特性 9
1.2 垂直軸風(fēng)力發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)問題 11
1.2.1 理論模型誤差 11
1.2.2 高效風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)開發(fā)與優(yōu)化 12
1.2.3 低功耗、高可靠性的控制系統(tǒng)開發(fā) 13
1.2.4 基于全生命周期的綠色設(shè)計(jì)及其評價(jià) 14
本章小結(jié) 15
參考文獻(xiàn) 15
第2章 垂直軸風(fēng)力發(fā)電的理論研究及流場特性分析 19
2.1 基礎(chǔ)理論研究現(xiàn)狀 19
2.1.1 空氣動力學(xué)基礎(chǔ) 19
2.1.2 計(jì)算流體力學(xué)基礎(chǔ) 27
2.1.3 能量轉(zhuǎn)化理論基礎(chǔ) 30
2.1.4 電氣控制理論基礎(chǔ) 32
2.2 風(fēng)輪結(jié)構(gòu)參數(shù)對風(fēng)力發(fā)電機(jī)效能的影響 33
2.2.1 風(fēng)輪參數(shù)對氣動特性的影響 34
2.2.2 整機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響 44
2.3 多尺度多因素的協(xié)同作用機(jī)理 46
2.3.1 流-固耦合分析 46
2.3.2 機(jī)-電耦合分析 50
2.3.3 磁-熱耦合分析 52
2.3.4 流-固-電多場耦合分析 53
本章小結(jié) 55
參考文獻(xiàn) 56
第3章 風(fēng)能的轉(zhuǎn)換與儲存 58
3.1 風(fēng)能的轉(zhuǎn)換 58
3.1.1 風(fēng)能捕獲理論 58
3.1.2 風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng) 59
3.1.3 新概念型風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng) 60
3.2 永磁發(fā)電機(jī)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用 61
3.2.1 永磁發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)分析 62
3.2.2 永磁發(fā)電機(jī)的磁路計(jì)算 64
3.2.3 永磁發(fā)電機(jī)運(yùn)行特性分析 69
3.3 永磁發(fā)電機(jī)數(shù)學(xué)模型 72
3.3.1 abc/dq0參考坐標(biāo)系變換 72
3.3.2 永磁同步發(fā)電機(jī)數(shù)學(xué)模型 75
3.4 永磁同步發(fā)電機(jī)電磁特性分析 76
3.4.1 空載瞬態(tài)磁場分析 76
3.4.2 負(fù)載瞬態(tài)磁場分析 78
3.5 影響永磁發(fā)電機(jī)效率的關(guān)鍵因素及規(guī)律 80
3.5.1 鐵耗對永磁發(fā)電機(jī)效率的影響規(guī)律分析 80
3.5.2 銅耗對永磁發(fā)電機(jī)效率的影響規(guī)律分析 81
3.5.3 渦流損耗對永磁發(fā)電機(jī)效率的影響規(guī)律研究 83
3.6 電能存儲 86
3.6.1 電能存儲現(xiàn)狀分析 86
3.6.2 蓄電池充放電特性分析 88
3.6.3 蓄電池輸出特性分析 89
本章小結(jié) 90
參考文獻(xiàn) 91
第4章 垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電氣控制系統(tǒng) 92
4.1 槳距控制 92
4.1.1 被動失速控制 92
4.1.2 主動失速控制 93
4.2 最大功率控制 94
4.2.1 MPPT控制策略 95
4.2.2 MPPT控制策略模型的建立 99
4.2.3 MPPT控制策略仿真結(jié)果 101
4.3 機(jī)側(cè)PWM控制 102
4.3.1 機(jī)側(cè)PWM變換器的運(yùn)行控制及仿真分析 102
4.3.2 機(jī)側(cè)PWM平臺驗(yàn)證及結(jié)果 104
4.4 蓄電池充放電控制 105
4.4.1 蓄電池常用充電方法 105
4.4.2 蓄電池放電控制策略的確定 107
4.4.3 充放電控制器的設(shè)計(jì) 109
本章小結(jié) 110
參考文獻(xiàn) 111
第5章 離網(wǎng)小型垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)研究與開發(fā) 113
5.1 垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù) 113
5.1.1 阻力型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要結(jié)構(gòu)參數(shù) 113
5.1.2 升力型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要結(jié)構(gòu)參數(shù) 115
5.1.3 風(fēng)輪主要結(jié)構(gòu)參數(shù)對氣動性能的影響 116
5.2 一體化風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì) 124
5.2.1 一體化風(fēng)力發(fā)電機(jī)特性研究 124
5.2.2 一體化風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與性能分析 129
5.2.3 一體化風(fēng)力發(fā)電機(jī)存在的問題與發(fā)展 133
5.3 其他機(jī)械結(jié)構(gòu)及附件 134
5.3.1 機(jī)械傳動系統(tǒng) 134
5.3.2 機(jī)械制動結(jié)構(gòu) 134
5.3.3 塔架 136
5.3.4 導(dǎo)流板 138
5.4 垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)安全性及穩(wěn)定性研究 141
5.4.1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)可靠性模型及指標(biāo) 142
5.4.2 離網(wǎng)小型垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)特點(diǎn)分析 143
5.4.3 葉片疲勞特性分析 146
5.4.4 風(fēng)力發(fā)電機(jī)穩(wěn)定性及影響因素研究 148
本章小結(jié) 152
參考文獻(xiàn) 153
第6章 垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)全生命周期評價(jià) 155
6.1 全生命周期設(shè)計(jì)與評價(jià) 155
6.1.1 產(chǎn)品生命周期設(shè)計(jì)及其原則 155
6.1.2 生命周期評價(jià)技術(shù)（LCA） 156
6.2 生命周期評價(jià)在風(fēng)力發(fā)電機(jī)上的應(yīng)用 157
6.2.1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)評價(jià)體系構(gòu)建 157
6.2.2 評價(jià)結(jié)果及分析 164
6.3 小型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)LCA評價(jià)系統(tǒng)的開發(fā) 167
6.4 多情景LCA預(yù)安裝評估方法 173
6.4.1 多場景總輸入能量計(jì)算 173
6.4.2 能量償還時(shí)間計(jì)算 175
本章小結(jié) 176
參考文獻(xiàn) 176
第7章 實(shí)驗(yàn)研究與論證 178
7.1 風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩特性實(shí)驗(yàn) 178
7.1.1 實(shí)驗(yàn)平臺控制系統(tǒng) 178
7.1.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 182
7.2 風(fēng)輪轉(zhuǎn)速對電磁特性的影響實(shí)驗(yàn) 184
7.2.1 實(shí)驗(yàn)方案與測試 184
7.2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 185
7.3 風(fēng)速對電能質(zhì)量的影響規(guī)律的論證 186
7.3.1 實(shí)驗(yàn)平臺搭建 186
7.3.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 187
7.3.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及結(jié)果分析 188
7.4 電機(jī)的溫升特性實(shí)驗(yàn) 189
7.4.1 溫升測量系統(tǒng) 189
7.4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 190
本章小結(jié) 191
參考文獻(xiàn) 191
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