離網(wǎng)小型垂直軸風電系統(tǒng)的特性研究與結(jié)構(gòu)開發(fā)
定 價：35 元
- 作者：莫秋云
- 出版時間：2020/10/1
- ISBN：9787560657875
- 出 版 社：西安電子科技大學出版社
- 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，包括風力發(fā)電與垂直軸風力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展、垂直軸風力發(fā)電的理論研究及流場特性分析、風能的轉(zhuǎn)換與儲存、垂直軸風力發(fā)電機的電氣控制系統(tǒng)、離網(wǎng)小型垂直軸風力發(fā)電系統(tǒng)研究與開發(fā)、垂直軸風力發(fā)電機全生命周期評價以及實驗研究與論證等內(nèi)容。
本書基于風能利用率和結(jié)構(gòu)局限狀態(tài)，指出風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，提出以計算流體力學、綠色與全生命周期設(shè)計、能量轉(zhuǎn)化理論、電磁理論等多學科交叉為理論依據(jù)，建立多場多學科交叉系統(tǒng)分析模型，最終實現(xiàn)高效能、高集成度的風電系統(tǒng)的整機研發(fā)。在風能轉(zhuǎn)化與存儲方面創(chuàng)新地提出了新概念風能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)多學科風輪優(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安裝評價系統(tǒng)。通過自行搭建的實驗平臺，獲得大量數(shù)據(jù)并驗證了所構(gòu)建模型的合理性，研發(fā)的“風輪—電機”集成一體化風力發(fā)電機的轉(zhuǎn)矩系數(shù)相對普通機型可提高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)驗與技術(shù)、方法等，可為風力發(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、風能、核能、太陽能等清潔能源都得到了較好的應(yīng)用。風力發(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。
垂直軸風力發(fā)電機雖然對風能的利用率較低，但由于其安裝簡單、運行穩(wěn)定性好、工作噪聲低、抗風能力強等諸多優(yōu)點被廣泛運用于離網(wǎng)發(fā)電。但相較于水平軸風力發(fā)電機，垂直軸風力發(fā)電機的風能利用率較低，主要原因是存在諸多亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)問題，如低風速下高風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理的研究還不成熟，間歇性風能與極限環(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基金“多尺度多因素協(xié)同作用的風電系統(tǒng)能效評估機理的研究”、廣西自然科學基金項目“基于能量收集與多學科優(yōu)化的垂直軸風力發(fā)電系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究”等系列相關(guān)項目研究內(nèi)容的基礎(chǔ)上撰寫而成的，在能量轉(zhuǎn)化與利用理論、機械結(jié)構(gòu)與電器結(jié)構(gòu)開發(fā)理論、多場多學科交叉融合理論研究方面有一定深度，在實驗平臺建設(shè)和實踐認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性、系統(tǒng)性與前沿性。
作者多年從事風力發(fā)電（簡稱風電）專業(yè)技術(shù)研究，先后完成了多個國家級及省部級項目，對風力發(fā)電技術(shù)有系統(tǒng)的認知和全面的把握。撰寫本書的目的就是為了介紹所完成項目的研究成果，為風電技術(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，同時介紹科研經(jīng)驗及技術(shù)、方法，為風力發(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)容包括風力發(fā)電與垂直軸風力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展、垂直軸風力發(fā)電的理論研究及流場特性分析、風能的轉(zhuǎn)換與儲存、垂直軸風力發(fā)電機的電氣控制系統(tǒng)、離網(wǎng)小型垂直軸風力發(fā)電系統(tǒng)研究與開發(fā)、垂直軸風力發(fā)電機全生命周期評價以及實驗研究與論證。
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、陳林編寫第3章和第7章，廖智強編寫第4章和第6章。
限于作者的水平，書中難免會有不當之處，誠請讀者提出寶貴意見和建議，也希望從事垂直軸風力發(fā)電機相關(guān)專業(yè)研究的專家批評指正。
第1章 風力發(fā)電與垂直軸風力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展 1
1.1 風能與風力發(fā)電系統(tǒng)發(fā)展前沿 1
1.1.1 風能研究理論及現(xiàn)狀分析 1
1.1.2 風力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展 5
1.1.3 垂直軸風力發(fā)電機的組成與特性 9
1.2 垂直軸風力發(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 高效風力發(fā)電機結(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)計及其評價 14
本章小結(jié) 15
參考文獻 15
第2章 垂直軸風力發(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 空氣動力學基礎(chǔ) 19
2.1.2 計算流體力學基礎(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 風輪結(jié)構(gòu)參數(shù)對風力發(fā)電機效能的影響 33
2.2.1 風輪參數(shù)對氣動特性的影響 34
2.2.2 整機結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響 44
2.3 多尺度多因素的協(xié)同作用機理 46
2.3.1 流-固耦合分析 46
2.3.2 機-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 56
第3章 風能的轉(zhuǎn)換與儲存 58
3.1 風能的轉(zhuǎn)換 58
3.1.1 風能捕獲理論 58
3.1.2 風能轉(zhuǎn)換系統(tǒng) 59
3.1.3 新概念型風能轉(zhuǎn)換系統(tǒng) 60
3.2 永磁發(fā)電機在風力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用 61
3.2.1 永磁發(fā)電機結(jié)構(gòu)分析 62
3.2.2 永磁發(fā)電機的磁路計算 64
3.2.3 永磁發(fā)電機運行特性分析 69
3.3 永磁發(fā)電機數(shù)學模型 72
3.3.1 abc/dq0參考坐標系變換 72
3.3.2 永磁同步發(fā)電機數(shù)學模型 75
3.4 永磁同步發(fā)電機電磁特性分析 76
3.4.1 空載瞬態(tài)磁場分析 76
3.4.2 負載瞬態(tài)磁場分析 78
3.5 影響永磁發(fā)電機效率的關(guān)鍵因素及規(guī)律 80
3.5.1 鐵耗對永磁發(fā)電機效率的影響規(guī)律分析 80
3.5.2 銅耗對永磁發(fā)電機效率的影響規(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 91
第4章 垂直軸風力發(fā)電機的電氣控制系統(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 機側(cè)PWM控制 102
4.3.1 機側(cè)PWM變換器的運行控制及仿真分析 102
4.3.2 機側(cè)PWM平臺驗證及結(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 109
本章小結(jié) 110
參考文獻 111
第5章 離網(wǎng)小型垂直軸風力發(fā)電系統(tǒng)研究與開發(fā) 113
5.1 垂直軸風力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù) 113
5.1.1 阻力型垂直軸風力發(fā)電機主要結(jié)構(gòu)參數(shù) 113
5.1.2 升力型垂直軸風力發(fā)電機主要結(jié)構(gòu)參數(shù) 115
5.1.3 風輪主要結(jié)構(gòu)參數(shù)對氣動性能的影響 116
5.2 一體化風力發(fā)電機設(shè)計 124
5.2.1 一體化風力發(fā)電機特性研究 124
5.2.2 一體化風力發(fā)電機結(jié)構(gòu)設(shè)計與性能分析 129
5.2.3 一體化風力發(fā)電機存在的問題與發(fā)展 133
5.3 其他機械結(jié)構(gòu)及附件 134
5.3.1 機械傳動系統(tǒng) 134
5.3.2 機械制動結(jié)構(gòu) 134
5.3.3 塔架 136
5.3.4 導(dǎo)流板 138
5.4 垂直軸風力發(fā)電系統(tǒng)安全性及穩(wěn)定性研究 141
5.4.1 風力發(fā)電機可靠性模型及指標 142
5.4.2 離網(wǎng)小型垂直軸風力發(fā)電系統(tǒng)特點分析 143
5.4.3 葉片疲勞特性分析 146
5.4.4 風力發(fā)電機穩(wěn)定性及影響因素研究 148
本章小結(jié) 152
參考文獻 153
第6章 垂直軸風力發(fā)電機全生命周期評價 155
6.1 全生命周期設(shè)計與評價 155
6.1.1 產(chǎn)品生命周期設(shè)計及其原則 155
6.1.2 生命周期評價技術(shù)（LCA） 156
6.2 生命周期評價在風力發(fā)電機上的應(yīng)用 157
6.2.1 風力發(fā)電機評價體系構(gòu)建 157
6.2.2 評價結(jié)果及分析 164
6.3 小型垂直軸風力發(fā)電機LCA評價系統(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算 173
6.4.2 能量償還時間計算 175
本章小結(jié) 176
參考文獻 176
第7章 實驗研究與論證 178
7.1 風輪轉(zhuǎn)矩特性實驗 178
7.1.1 實驗平臺控制系統(tǒng) 178
7.1.2 實驗結(jié)果及分析 182
7.2 風輪轉(zhuǎn)速對電磁特性的影響實驗 184
7.2.1 實驗方案與測試 184
7.2.2 實驗結(jié)果及分析 185
7.3 風速對電能質(zhì)量的影響規(guī)律的論證 186
7.3.1 實驗平臺搭建 186
7.3.2 實驗內(nèi)容 187
7.3.3 實驗數(shù)據(jù)處理及結(jié)果分析 188
7.4 電機的溫升特性實驗 189
7.4.1 溫升測量系統(tǒng) 189
7.4.2 實驗結(jié)果及分析 190
本章小結(jié) 191
參考文獻 191
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