風(fēng)力機(jī)原理

前言

主要符號

第1章 緒論

1.1 風(fēng)電的發(fā)展現(xiàn)狀

1.2 風(fēng)車起源

1.3 風(fēng)力發(fā)電歷史過程

1.4 20世紀(jì)50年代的風(fēng)力機(jī)

1.5 能源危機(jī)時(shí)期的風(fēng)力機(jī)

1.6 20世紀(jì)80年代的大型風(fēng)力機(jī)

1.7 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)展趨勢

第2章 風(fēng)與風(fēng)能

2.1 風(fēng)的形成

2.2 風(fēng)的種類

2.3 風(fēng)廓線

2.4 地形和障礙物對風(fēng)速的影響

2.5 風(fēng)的特性

2.6 風(fēng)力等級

2.7 風(fēng)速測量

2.8 中國風(fēng)能資源分布

2.9 世界風(fēng)能資源分布

2.1 0可用風(fēng)能

第3章 風(fēng)電場規(guī)劃與選址

3.1 風(fēng)場數(shù)據(jù)分析

3.2 風(fēng)場風(fēng)速統(tǒng)計(jì)模型

3.3 風(fēng)電場宏觀選址

3.4 風(fēng)電場微觀選址

3.5 風(fēng)電場的布置

第4章 風(fēng)力機(jī)類型和構(gòu)造

4.1 風(fēng)力機(jī)類型

4.2 水平軸風(fēng)力機(jī)構(gòu)造

4.3 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組

第5章 風(fēng)力機(jī)基本氣動(dòng)理論

5.1 阻力型葉片和升力型葉片

5.2 升力型風(fēng)輪的升力和阻力

5.3 動(dòng)量理論

5.4 葉素一動(dòng)量理論

5.5 渦流理論

5.6 NACA翼型命名

5.7 風(fēng)輪葉片專用翼型

5.8 翼型的選擇

第6章 水平軸風(fēng)力機(jī)

6.1 氣動(dòng)設(shè)計(jì)模型

6.2 風(fēng)輪功率特性

6.3 風(fēng)輪重要設(shè)計(jì)參數(shù)的氣動(dòng)性能

6.4 現(xiàn)代風(fēng)輪葉片設(shè)計(jì)

6.5 風(fēng)輪的偏航控制

6.6 轉(zhuǎn)速一功率空氣動(dòng)力學(xué)控制

6.7 風(fēng)輪尾流

6.8 試驗(yàn)風(fēng)輪的空氣動(dòng)力學(xué)

第7章 風(fēng)力機(jī)載荷和結(jié)構(gòu)應(yīng)力

7.1 風(fēng)力機(jī)載荷類型

7.2 載荷來源

7.3 設(shè)計(jì)載荷假設(shè)

7.4 設(shè)計(jì)工況與載荷狀況

7.5 載荷分析基本要求

7.6 疲勞強(qiáng)度分析基礎(chǔ)

7.7 疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)

7.8 彈性結(jié)構(gòu)模型

7.9 塔架靜動(dòng)態(tài)特性的影響因素

7.10 塔架一風(fēng)輪系統(tǒng)振動(dòng)模態(tài)

第8章 垂直軸風(fēng)力機(jī)

8.1 垂直軸風(fēng)力機(jī)的分類

8.2 升力型風(fēng)輪輸出功率計(jì)算

8.3 垂直軸風(fēng)輪的關(guān)鍵參數(shù)

8.4 垂直軸風(fēng)輪翼型

8.5 垂直軸風(fēng)力機(jī)實(shí)例

8.6 與水平軸風(fēng)力機(jī)比較

8.7 垂直軸風(fēng)力機(jī)存在的問題

第9章 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行

9.1 風(fēng)力機(jī)的額定工況設(shè)計(jì)

9.2 主要電氣設(shè)備

9.3 發(fā)電系統(tǒng)

9.4 供電方式

9.5 風(fēng)能與其他能源聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)

9.6 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的獨(dú)立運(yùn)行

第10章 風(fēng)力機(jī)運(yùn)行與維護(hù)

10.1 風(fēng)力機(jī)運(yùn)行技術(shù)

10.2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)

10.3 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本運(yùn)行過程

10.4 風(fēng)電場的監(jiān)控系統(tǒng)

10.5 陸上風(fēng)電場運(yùn)行維護(hù)措施

10.6 風(fēng)力機(jī)易損部件

10.7 風(fēng)力機(jī)故障分析

第11章 其他風(fēng)力機(jī)

11.1 風(fēng)道式風(fēng)輪

11.2 “龍卷風(fēng)”風(fēng)輪

11.3 熱氣流風(fēng)力機(jī)

參考文獻(xiàn) 2100433B

本書是《風(fēng)力發(fā)電工程技術(shù)叢書》之一，主要介紹了風(fēng)力機(jī)的發(fā)電原理。全書主要內(nèi)容包括風(fēng)電場的概念，風(fēng)的威布爾分布、瑞利分布以及風(fēng)電場的規(guī)劃與選址；風(fēng)力機(jī)的分類以及風(fēng)力機(jī)主要部件的工作原理；風(fēng)輪的基本理論，包括Betz理論、葉素理論、渦流理論；風(fēng)輪的空氣動(dòng)力學(xué)運(yùn)行原理；風(fēng)力機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；垂直軸風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行原理；風(fēng)力機(jī)的發(fā)電運(yùn)行，包括風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)運(yùn)行；風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行和維護(hù)技術(shù)；還介紹了三種其他類型風(fēng)輪的應(yīng)用原理。

《風(fēng)力機(jī)控制系統(tǒng)原理建模及增益調(diào)度設(shè)計(jì)》一書覆蓋了整個(gè)風(fēng)力機(jī)的控制，主要內(nèi)容包括風(fēng)能轉(zhuǎn)換的原理、風(fēng)力機(jī)面向控制的建模、風(fēng)力機(jī)最通用的控制策略，以及定速定槳風(fēng)力機(jī)和變速變槳風(fēng)力機(jī)線性參數(shù)變化（LPV）增益調(diào)度控制器的設(shè)計(jì)。

本書覆蓋了整個(gè)風(fēng)力機(jī)的控制，主要內(nèi)容包括風(fēng)能轉(zhuǎn)換的原理、風(fēng)力機(jī)面向控制的建模、風(fēng)力機(jī)最通用的控制策略，以及定速定槳風(fēng)力機(jī)和變速變槳風(fēng)力機(jī)線性參數(shù)變化(LPV)增益調(diào)度控制器的設(shè)計(jì)。

本書主要面向的對象是具有一定控制理論基礎(chǔ)的研究人員與學(xué)生，以及控制理論領(lǐng)域的科學(xué)工作者和應(yīng)用風(fēng)能技術(shù)的工程師。

譯者序

前言

符號

第1章 引言

1.1 風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的控制

1.2 增益調(diào)度技術(shù)

1.3 風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的魯棒控制

1.4 本書的綱要

第2章 風(fēng)和風(fēng)力機(jī)

2.1 風(fēng)

2.1.1 風(fēng)資源

2.1.2 平均風(fēng)速

2.1.3 風(fēng)能

2.1.4 湍流

2.2 風(fēng)力機(jī)

2.2.1 風(fēng)輪的種類

2.2.2 風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)

2.2.3 氣動(dòng)力、轉(zhuǎn)矩和功率

2.3 風(fēng)力機(jī)的風(fēng)速

2.3.1 確定風(fēng)速

2.3.2 隨機(jī)風(fēng)速

第3章 風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的建模

3.1 風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)概述

3.2 機(jī)械子系統(tǒng)

3.3 氣動(dòng)子系統(tǒng)

3.4 電氣子系統(tǒng)

3.4.1 直接耦合籠型異步發(fā)電機(jī)

3.4.2 定子控制籠型異步發(fā)電機(jī)

3.4.3 轉(zhuǎn)子控制雙饋異步發(fā)電機(jī)

3.5 槳距子系統(tǒng)

3.6 整個(gè)風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的模型

3.7 有效風(fēng)模型

3.7.1 平均風(fēng)速模型

3.7.2 湍流模型

3.7.3 有效風(fēng)速

3.7.4 有效風(fēng)速模擬

第4章 控制對象和策略

4.1 控制對象

4.1.1 能量捕獲

4.1.2 機(jī)械載荷

4.1.3 電能質(zhì)量

4.2 運(yùn)行模式

4.3 控制策略

4.3.1 定速定槳

4.3.2 定速變槳

4.3.3 變速定槳

4.3.4 變速變槳

4.3.5 其他的控制策略

第5章 變速定槳風(fēng)力機(jī)的控制

5.1 LPV增益調(diào)度技術(shù)的概述

5.2 定槳風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的LPV模型

5.3 開環(huán)特性

5.4 LPV增益調(diào)度控制

5.4.1 控制對象

5.4.2 控制器方案

5.4.3 控制器設(shè)計(jì)問題

5.4.4 預(yù)備性控制

5.4.5 阻尼注入控制

5.4.6 不確定因素的處理

5.4.7 其他變速定槳控制策略的性能評估

第6章 變速變槳風(fēng)力機(jī)的控制

6.1 變槳風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的LPV模型

6.2 開環(huán)特性

6.3 LPV增益調(diào)度控制

6.3.1 控制器方案

6.3.2 為提高可控性而調(diào)整的控制策略

6.3.3 控制器設(shè)計(jì)問題

6.3.4 高風(fēng)速區(qū)的控制

6.3.5 低風(fēng)速區(qū)的控制

6.3.6 運(yùn)行風(fēng)速的全程控制

6.3.7 不確定性的影響

附錄

附錄A線性矩陣不等式

A.1 定義

A.2 半定規(guī)劃

A.3 特性

附錄B增益調(diào)度技術(shù)和LPV系統(tǒng)

B.1 增益調(diào)度技術(shù)

B.2 LPV系統(tǒng)

B.2.1 穩(wěn)定性

B.2.2 性能

B.3 LPV增益調(diào)度控制器的綜合

B.3.1 綜合過程

B.3.2 計(jì)算考慮

B.3.3 提出問題

B.4 非線性系統(tǒng)的LPV描述

B.5 魯棒LPV增益調(diào)度控制

B.5.1 魯棒穩(wěn)定性

B.5.2 魯棒性能

B.5.3 標(biāo)稱矩陣的綜合

附錄C準(zhǔn)LPV模型及控制

參考文獻(xiàn) 2100433B

在風(fēng)力機(jī)控制系統(tǒng)中很有必要應(yīng)用線性參數(shù)變化（LPV）增益調(diào)度技術(shù)以控制風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。利用新改進(jìn)的經(jīng)典增益調(diào)度技術(shù)可以獲得一種簡單的設(shè)計(jì)方法及簡單的控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

為了在額定功率以下獲得能量轉(zhuǎn)換效率及減少傳動(dòng)系統(tǒng)的載荷，現(xiàn)代風(fēng)力機(jī)通常在變速的工作狀態(tài)下運(yùn)行。此外，通常對葉片進(jìn)行槳距控制以限制額定風(fēng)速以上期間風(fēng)能的捕獲。變速變槳風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)更加復(fù)雜的特性可以由它控制靈活（即更高的能量轉(zhuǎn)換效率）、可以輸出更加優(yōu)良的電力質(zhì)量及有著更長的使用年限的優(yōu)點(diǎn)所彌補(bǔ)。由于控制系統(tǒng)對摘獲風(fēng)能的成本有著直接的影響，為了使風(fēng)能技術(shù)更具有競爭性，很有必要設(shè)計(jì)可靠的同時(shí)具有高性能的控制器。

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