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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 Controller180

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