[發明專利]基于三因子擬合積分法的風力機風輪氣動性能評價方法

有效

• 申請號: 201811038027.4
• 申請日: 2018-09-06
• 公開（公告）號: CN109325274B
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發明（設計）人: 劉雄飛;汪建文;杜文強;尹彤
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學銀川學院
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 崔自京

本發明涉及一種基于三因子擬合積分法的風力機風輪氣動性能評價方法，采用擬合方式對軸向推力、轉矩和功率三者無量綱化后對應的系數進行計算，考慮到了傳統的計算方法未考慮的被積函數是不連續的，嚴格意義上講是不能積分的問題，以及計算出來各葉素面的參數均不同直接用積分的形式來計算性能結果偏差大的問題。本方法相比傳統的計算風力機性能的計算模型，更為科學精確，處理得到的結果可靠性更高。

技術領域

本發明涉及風力發電技術領域，具體涉及一種基于三因子擬合積分法的風力機風輪氣動性能評價方法。

背景技術

目前，風力發電是當前世界生態經濟中最具活力、增長最快的清潔能源產業。隨著大型風電機組的迅猛發展，離網型小型風力機的發展也在蒸蒸日上，保證其具有更好的經濟性和更高的安全穩定性尤為重要。

近年來，中小型風力機因調速和調向系統不靈(市場中沒有調速裝置的風力機屢見不鮮)，暴露出一些嚴重問題，事故或故障頻繁發生：如小風速時，風輪經常不對風，機頭轉動困難；風大時(如風速超12m/s以上)，風輪不能及時偏轉限速，使風輪長時間工作在超速旋轉狀態下，致使風力機工作穩定性變壞，在遠短于設計壽命期內頻繁發生疲勞損傷事故(如發電機燒毀、風力機葉根損傷和斷裂及由其引起的中小型風力機倒塔事故)，給風力發電工作帶來巨大損失。為此，有關風力機各參數分析與性能評價工作開始展開，但是，由于對風輪在非設計工況下的性能評價不準確且評價方法不科學，導致調速機構的的結構上設計及性能優化工作停滯不前。

由此可見，如何提供一種準確科學的風力機風輪氣動性能評價方法成為本領域技術人員亟待解決的技術問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種準確科學的風力機風輪氣動性能評價方法。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：一種基于三因子擬合積分法的風力機風輪氣動性能評價方法，該方法包括以下步驟：

利用Profili軟件和Matlab編程軟件結合各翼型的氣動數據完成風力機葉片翼型的選取工作，得到修正后葉片的弦長C和扭角θ；

根據修正后風力機的弦長C、扭角θ和Profili翼型數據庫中所含數據，計算軸向干涉因子a、周向干涉因子b、葉梢損失系數F及入流角

構建風力機的軸向推力T的數學模型，數學模型公式如下：

dT＝4πrV₁²a(1-a)ρFdr???(1)

其中，T為軸向推力，r為葉片各葉素面距輪轂中心的距離；V₁為受擾動后的風速；a為軸向干涉因子；ρ為空氣密度；F為葉梢損失系數；

將軸向推力T無量綱化，得到其對應的系數C_T，計算公式為：

其中，C_T為軸向推力T無量綱化后對應的系數；λ₀為設計葉尖速比；λ為尖速比；T為軸向推力；V₁為受擾動后的風速；a為軸向干涉因子；ρ表示空氣密度；F表示葉梢損失系數；R為風輪半徑；

構建風力機的轉矩M的數學模型，數學模型公式如下：

dM＝4πr³V₁Ωb(1-a)ρFdr???(3)

其中，M為風力機的轉矩；r為葉片各葉素面距輪轂中心的距離；V₁為受擾動后的風速；a為軸向干涉因子；b為周向干涉因子；ρ為空氣密度；F為葉梢損失系數；

將風力機的轉矩M無量綱化，得到其對應的系數C_M，計算公式為：