吕富勇,巫江涛,祖旭明,何 浩,陆升阳,康俊鹏,江 鸿,柳加旺

(南京信息工程大学自动化学院,江苏 南京 210044)

0 引言

风能是一种使用历史悠久、不会污染环境的可再生能源[1-2]。2002 年,欧洲风能协会和绿色和平组织发表了“风力12”的研究报告。该报告预测:2020 年风力发电量占国家总体发电量超过12%[3-4]。风力发电机是一种将风能转化成电能,从而实现风力发电的转化装置。根据叶片固定轴的方位,风力发电机可分为水平轴和垂直轴两类。水平轴风力发电机对风向要求严格、机械构造复杂、内置齿轮变速箱的运行噪声大,而且变速箱容易漏油[5];垂直轴风力发电机因为无需对准风向、构造相对简单、造价低、不使用变速箱,所以没有漏油问题而越来越受到重视[6]。但是目前相对于水平轴风力发电机,垂直轴风力发电机对风能的利用率普遍较低,风能利用率有一定差距。因此,提高垂直轴风力发电机发电效率成为国内外研究的重点[7-9]。

近年来,国内外研究人员为提升垂直轴风力发电机的发电效率,进行了多方面的研究。主要研究方向包括叶片攻角、叶片数量、叶片形状[10-12]。这些方法中,发电机都是工作在能量自主流动的方式下,并没有主动控制发电机内部的能量流动[13-15]。由于风能能量密度较低,风向和风力大小具有不确定性,会导致不同风速下发电机效率优化困难,造成进一步提升发电机效率的空间有限。本文通过在发电机和负载之间添加受控能量调节网络,实现发电机在不同风速下能量的主动受控流动,从而提高风能发电效率[16-17]。……