高空风电系统的优化控制研究进展与挑战

为了实现“碳达峰,碳中和”的战略目标,我国将持续推动可再生能源的高比例发展,构建以新能源为主的新型电力系统.作为可再生的清洁源,风能的开发和利用已成为研究的重要方向.研究表明远离地面的高空中风速更加强劲并且更均匀,风向也更稳定,因此,风力发电的进一步突破可以通过用风筝捕获高空风能来实现.为了确保高空风能系统安全、经济、高效地运行,对其控制系统设计的要求极高.本文阐述了国际上几种主流高空风电技术的发电原理、发展进程以及现状.通过对典型的Yo-Yo式结构进行动力学建模,分析了各类非线性控制技术的原理和特点,具体描述了非线性模型预测控制原理和轨迹跟踪控制的仿真结果.总结了未来高空风能控制技术面临的控制算法计算量大,控制系统可靠性研究缺乏以及智能化水平不高等关键问题.

高空风力发电关键技术、现状及发展趋势

高空风能是一种储量丰富、分布广泛的清洁能源。高空风力发电系统是通过系留航空器装置将高空风能转换成电能。与传统风力发电相比,高空风力发电具有发电效率高、稳定性强以及选址受限少等优点。然而,高空风力发电稳定控制技术难以突破以及制造材料难以获得等问题也制约了高空风力发电的发展。结合目前高空风力发电的实际发展情况,针对高空风力发电系统类型、关键技术、发展现状、存在问题和发展趋势进行了总结和提炼。首先,围绕高空风力发电系统设计,介绍了3种高空风力发电系统设计技术,并阐述了各自优缺点;然后,提出了高空风力发电系统中的3项关键技术,并对其进行了详细论述。最后,对高空风力发电技术发展与应用的研究方向及发展前景展开探讨,旨在为高空风力发电未来研究提供借鉴和思考。

基于嵌入式的高空风能发电系统设计

针对当前高空风能系统的捕获效率、捕获功率和发电连续性等问题,提出具有多组牵引伞翼的双辊子联动的风力发电系统。应用动力学相关原理,对风筝伞翼运动机构和地面发电机组驱动机构进行分析和设计,结合嵌入式、传感器、自动控制等相关技术,设计高空风能发电系统的硬件接口电路和软件控制流程。这个系统减少了风能发电系统的切换间歇,提高了风能捕获效率和功率,可为高空风能的有效利用提供一定的技术参考。

高空风力发电飞行器类型研究

高空风力发电是一类新的风能转换器。采用系留飞行器,通过一根或多根系留缆绳将飞行器与地面基站相连接,旨在以显着增加的高度中捕获风能,利用机载设备将机械能转化成电能,从而产生可用功率。能够在传统风力涡轮机无法进入的大气层中获取风能,具有较强的经济可行性。飞行器类型是高空风力发电系统的核心。以高空风力发电系统为研究对象,考虑到飞行器不同类型各自的结构特点,存在直径过大,起飞降落过程中不易控制且已有多点质量风筝的数学模型复杂等问题。用适当的假设定义风筝运动,并建立了一个单线风筝模型,通过仿真验证了该风筝模型适应于飞行中航向角,方位角等参数的有效控制。为高空风力发电系统中风筝模型的选择及应用提供了参考。

基于ANSYS Workbench软件模拟高空发电翼伞三维结构研究

随着社会的快速发展,地球上的能源被大量消耗,迫切需要开发新能源或进行技术的创新。风能作为一种可再生清洁能源一直被人们广泛运用,但传统的风力发电方式具有成本高、效率低等缺点。而利用高空风能进行风筝发电的新发电方式在一定程度上避免了这些缺点。文章主要通过ANSYS Workbench软件研究了用于风筝发电的翼伞部分,对翼伞的三维结构进行了气动性能的模拟仿真分析,为风筝发电的进一步研究提供基础。

机载风能系统动力学建模

机载风能(AWE)具有发电成本低、发电效率高、环保等优势,对机载风能系统(AWES)及其发电技术的研究在高空风能利用领域具有重要的意义。为了使机载风能系统可靠且持久地运行,系统建模以及在发电过程中控制系绳翼飞行是本领域的关键问题。AWES是动力学和空气动力学相互作用的产物,对AWES动力学的建模是设计的基础,需要从简单的模型开始。因此文章提出了一个简单的机载风能系统动力学模型。

中国龙多伞内嵌式风筝发电装置结构设计

文章分析目前风力发电机存在的缺陷,介绍风筝风力发电装置的发展现状,针对于缺陷,设计一种不受地形限制、对风场要求较低、组装拆卸方便、便于维修且成本低廉的多伞内嵌式风筝发电装置,该装置采用可以将高空风能转化为电能,通过收集装置传输至电能储存系统,经降压稳压模块稳定传输给输出端,为我国风力发电技术发展提供新方案。

一种基于系绳水下风筝系统的发电方法

随着海洋技术的不断发展,针对水下尤其是深海海域中的能源需求越来越突出,而已有的水下发电方法存在输出功率不高,发电效率低等不足。针对此问题,文中提出了一种适用于低速流海域的基于系绳水下风筝系统的发电方法,该方法通过提升系绳水下风筝与水流的相对运动速度,可显著增加发电输出功率。采用欧拉-拉格朗日方法对其进行数学建模仿真,仿真结果表明,该方法可有效解决传统固定式水轮机发电方法在深海海域发电输出功率低的难题。