预答辩演讲稿.docx

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1、预答辩演讲稿 1.各位老师，上午好！ 2.我的论文题目是，主要分以下几个方面介绍。 3.我国早期风电开发主要集中在东北、西北、华北等高风速风资源区，由于这些地区用电负荷较小、远离负荷中心，导致严峻的弃风限电现象。由于低风速区占地面积更广，且主要分布在东部及南部等负荷中心区域，因而，发展低风速风电对解决风电消纳问题、实现风电产业可持续发展具有重要意义。 4.对于一台给定的风力机，其风能捕获效率会随风速与风轮转速之间的比值、即叶尖速比的改变而改变。只有当风力机运行在最优叶尖速比时，风力机才以最大风能利用系数捕获风能。这是风力机最大功率点跟踪的基本原理。也是限制目标。 5.但是，由于风轮转动惯量的存

2、在，风轮转速难以实时跟踪风速的变换，导致风力机常运行在跟踪最优叶尖速比的过程中、而非最优叶尖速比处。这意味着风力机经常以较低的风能利用系数来捕获风能，导致跟踪损失。 6.而且，这一跟踪损失问题在低风速风力机上会更加严峻。低风速区风速幅值小、湍流大、波动快的特性以及由低风速导致的风力机尺寸大幅增加，进一步加剧了风速快波动性与风力机慢动态特性之间的固有冲突，从而给风力机的跟踪限制及风能捕获带来严峻的挑战。 7.传统的风力机设计大多遵循着本体（气动外形和支撑结构）设计在前、限制器设计在后的分别、依次设计流程。其中，气动设计重点关注风力机在lopt处的气动效率提升；结构设计在保证风力机结构满意强度、刚

3、度和稳定性要求的前提下，降低制造成本；限制器设计则关注最大功率点跟踪的实现，使风力机保持运行在lopt。依照这样一种分别设计的思想，前面提到的低风速风力机因跟踪不上风速、无法保持运行在lopt而导致的跟踪损失问题，应主要由MPPT限制器的设计优化来解决。 8.但是，优化限制器以解决低风速风力机跟踪不上风速的潜力发掘基本饱和。这主要是因为：（1）仅限制器改进这一单方面的努力，不能充分发掘缓解风速快速波动与风力机慢动态特性固有冲突的潜力，所能获得的闭环性能提升有限。仅限制改进所能获得的效率提升平均在1%左右。（2）由于发电机这一风速跟踪限制的执行机构的额定功率、额定转矩和风力机载荷的共同约束，过于

4、激进的风速跟踪限制会增大风力机的疲惫载荷、降低运行寿命。这也限制了通过限制改进所能提升的效率的幅度。（3）正是意识到风力机慢动态特性与风速快速波动之间的固有冲突，部分文献实行牺牲局部效率换取整体性能的思路，而这也体现出仅限制器优化已很难大幅提高MPPT性能。 9.依照气动与限制分别设计的思想，除了主要通过限制器的优化改进外，还可通过气动设计优化来提升风能捕获效率。但是，沿用传统气动设计目标有可能进一步加剧低风速风机的跟踪损失。这是因为，由于气动与限制的分别设计，气动设计师在气动设计过程中往往隐含假设MPPT限制可以保证风力机始终运行于lopt，进而以lopt处的气动性能最佳为设计目标。这种仅追

5、求单一工况点气动性能提升的优化方法，会导致优化叶片对应的CP-曲线顶端较陡。由于低风速风力机所处的运行风况特点及自身结构特性导致其更长时间运行在非最优叶尖速比，尖而窄的CP-曲线将进一步加剧其跟踪损失、大幅降低风能捕获效率。已经有气动设计起先考虑风力机的转速限制性能。例如，针对定速风力机，以不同风速下风力机输出功率的加权和为目标函数的气动设计方法；针对风力机翼型，以多个攻角下翼型升阻比的加权和为目标函数的多攻角设计方法。本质上，风力机气动设计将目标函数从传统的单一工况转变到多工况气动性能的做法，本身已经隐含了气动设计对限制动态的考虑。 10.可见，沿用分别设计思想在很多方面不利于进一步解决低风

6、速风力机的跟踪损失问题。由于风力机的某些本体参数能够影响限制性能，而且受到考虑风力机限制的气动设计的启发，利用风力机本体参数与MPPT限制之间的协同效应，开展风力机本体参数与跟踪限制的一体化设计，应是进一步有效提升低风速风力机风能捕获效率的一条可行途径。 11.但是，在一体化设计过程中，风力机本体参数的调整必需满意所在学科领域的工程要求，且在实际的设计/制造标准中的可调自由度不大。同时，多考虑一个本体参数，将增加一体化设计中优化分析与计算的困难度。假如将全部本体参数都与限制器进行一体化设计。即使这样的一体化设计在理论上是可行的，但仅为效率提升而全面改动风力机本体设计的代价也是难以接受的。因此，

7、找寻敏感影响风速跟踪限制性能的本体参数不仅非常必要，而且使得基于敏感本体参数的一体化设计更具潜力和工程意义。这里的敏感本体参数是指那些经过小幅调整就可以换取闭环性能明显提升的参数。 12.下面就风力机一体化设计方面的探讨进展，从以下四个方面绽开叙述。 13.首先，已经有探讨指出平缓的CP-曲线更有利于风力机实现MPPT；顶端较陡的CP-曲线会加剧跟踪损失问题，甚至导致风轮失去跟踪实力，从而严峻影响风力机的效率。另外，大量探讨表明，风力机结构参数风轮转动惯量的提升不利于风力机的MPPT限制。这些气动、结构参数对MPPT限制性能的影响也表明白风力机一体化设计的必要性。 14.涵盖限制的风力机一体化

8、设计还很少见，现有做法主要是通过构建同时包含气动、结构、详细限制器参数的优化模型，将一般处于设计末尾的限制器设计提升至与气动、结构设计等同对待，进而依靠优化算法实现各子系统之间的协调协作。 15.还有一种考虑限制性能的风力机本体设计。与参数联合优化不同，它们以从限制视角对本体设计提出详细要求的方式参加风力机本体设计。以风力机多工况气动设计为例，MPPT限制性能的提升希望平缓的CP-曲线，那么在气动设计过程中主动将目标函数修改为多个工况点的平均气动性能。这样，在持续了经典的“先对象设计、再限制设计”分别设计原则的同时可进一步提升系统的闭环性能，因此，其本质仍是一体化设计。而且，这种一体化设计方式

9、因为不依靠于详细限制策略而使得设计结果更具一般性。 16.总结现有的风力机一体化设计，发觉当前的风力机一体化设计，大多是将气动、结构与限制多学科模型构架在一起，依靠智能算法进行本体参数与限制器参数的联合数值寻优。很多联合优化的机理问题，如哪些本体参数会影响限制性能、本体参数变更限制性能的机理、有利于限制性能提高的风力机本体参数的调整机制等尚待深化探讨。正是由于联合优化的机理不明确，导致当前的风力机一体化设计在本体参数选择过程中存在一些问题，例如，可能选择对闭环系统限制性能无影响的参数参加到一体化设计，这样只能无谓地增加优化计算的困难度；选择的本体参数可能对限制性能影响不敏感，限制性能的优化可能

10、导致这类不敏感参数的大幅调整，这种为了性能的提升而去大幅修改本体设计的做法在工程上也是难以推动的。 17.与参数联合优化不同，考虑限制性能的风力机气动设计以从限制视角对本体设计提出详细要求的方式间接参加风力机本体设计。这种一体化设计方式不依靠于处于末端的详细限制器，而且在持续了经典的分别设计原则的同时提升了系统的闭环性能。但该方法目前仍未成熟，亟待探究。因此，解决上述问题的关键在于：在驾驭风力机本体参数对限制效果的影响机理的基础上，找寻对限制性能影响效应敏感的本体参数，探究考虑敏感本体参数对限制性能影响的风力机一体化设计方法。这样，较小的本体参数调整不仅能明显提升限制性能，且更简单满意风力机本

11、体设计的固有约束。 18.本文工作正是围绕上述科学问题绽开，主要探讨内容包括以下三个方面：首先探究风力机本体参数对MPPT限制性能的影响机理和作用规律，并从中提取能够显著影响MPPT性能的敏感参数。然后，深化探究敏感气动参数对MPPT的影响机理和作用规律，并尝试定量描述这一影响，从而为完成考虑敏感本体参数对MPPT影响的本体设计奠定基础。最终，在借鉴已有的考虑限制性能的风力机本体设计的基础上，依据敏感气动参数对MPPT的影响及其描述，调整当前风力机气动设计的目标函数或约束条件，构建不含详细限制器参数、但能考虑敏感气动参数对MPPT限制影响的风力机气动设计模型，以形成更具总体工程可行性的风力机一

12、体化设计方法。下面重点介绍风力机本体参数对MPPT的影响分析及敏感参数提取的相关内容，对于考虑限制的本体设计方法简要演示一下优化结果。 19-20-21-22.从风力机闭环系统（翻到PPT20页）的视角动身，将影响MPPT限制效果的因素按科学划分为风况参数、气动参数与结构参数（翻到21页），并结合本体设计模型，将本体参数划分为集总参数与分布参数（翻到22页）；以风力机的闭环性能指标（包括运行叶尖速比概率分布与平均风能捕获效率）来量化描述各参数对MPPT性能的影响。 23.在分析各影响因素对MPPT性能的影响时，采纳只变更单一关注因素而固定其他因素的方法，并通过仿真比较因素变更前后闭环性能指标的

13、改变规律。考虑到分布参数的种类和数量较多、加之其不同排列组合又会产生新的叶片外形，因此，为缩小搜寻范围以尽快找到影响MPPT性能的敏感参数，采纳从集总参数到分布参数的搜寻路途。详细地，首先从风力机本体参数中的集总参数入手，待从中搜寻到敏感参数后，再深化到该敏感参数所在学科的详细分布参数，从中搜寻敏感参数。 24.通过闭环系统的动态仿真，可归纳出：风力机动态性能的提高或MPPT跟踪要求的降低，都会促使运行叶尖速比更加集中地分布于最优叶尖速比旁边、提升平均风能捕获效率；反之，则导致运行叶尖速比分布更分散、平均风能捕获效率越低。 25.灵敏度系数的计算结果如表所示。可见，相比结构参数（风轮转动惯量）

14、，气动参数对MPPT性能的影响更敏感；而且，相比最大风能利用系数，气动参数中的最优叶尖速比、叶片半径对MPPT的影响更为显著。 26.须要说明的是，因为无法用单值指标刻画CP-曲线的平缓度，导致CP-曲线的平缓度对应的灵敏度系数难以计算。以平均风能捕获效率这一闭环性能指标对比分析了CP-曲线的平缓度与CP, max对MPPT的影响。探讨发觉，即使CP, max小幅降低，顶部较平缓的CP-曲线仍可提升平均风能捕获效率。由此可推想，相比最大风能利用系数，CP-曲线的平缓度对MPPT的影响更为显著。 27.由于气动集总参数对MPPT性能的影响更为显著，深化到叶片气动分布参数（翼型、弦长、扭角），通过

15、遍历弦长和扭角、搜寻相像翼型，以湍流风速下叶素的平均风能捕获效率为指标，仿真比较各分布参数对MPPT限制性能的影响。 28.结果发觉，翼型形态的微小调整能够带来更大幅的性能提升。 29.综上可知，相比结构参数（转动惯量），风力机的气动参数，尤其是最优叶尖速比、CP-曲线平缓度、翼型外形可以更加显著地变更MPPT限制性能。因此，开展这些气动参数与MPPT限制的一体化设计不仅易于达到协调目标、有效提升风能捕获效率，而且在满意风力机本体设计的固有约束和工程可行性方面具有非常重要的现实意义。 30.然后分别选择不同的气动敏感参数，主要通过修改现有的气动设计模型中的目标函数，考虑它们对MPPT限制性能的影响，完成了风轮气动参数与MPPT限制一体化设计。 预答辩演讲稿 预答辩演讲稿 答辩演讲稿 答辩演讲稿 答辩演讲稿 答辩演讲稿 答辩演讲稿 答辩演讲稿 答辩演讲稿 答辩演讲稿 本文来源：网络收集与整理，如有侵权，请联系作者删除，谢谢！第11页 共11页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页