[發明專利]對稱翼型垂直軸風力機的變槳控制方法及系統

有效

• 申請號: 202010484511.0
• 申請日: 2020-06-01
• 公開（公告）號: CN111622904B
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發明（設計）人: 李亮;經來旺;吳建強;王龍;繆廣紅
• 申請（專利權）人: 安徽理工大學
• 主分類號: F03D17/00
• 分類號: F03D17/00;F03D80/00;F03D7/04;F03D7/02
• 代理公司: 合肥市浩智運專利代理事務所(普通合伙) 34124
• 代理人: 張祥

本發明提供了一種對稱翼型垂直軸風力機的變槳控制方法及系統，通過風速儀、風向儀和角度傳感器采集數據，基于槳距角控制規律輸出最優槳距角，通過變槳控制機構將風力機槳距角控制到最優槳距角。本發明提供的優點在于：所采用的控制規律的輸入為風速v_in和槳葉方位角Ψ，除這兩個變量外，還與槳葉旋轉半徑R、轉速Ω、氣動系數c₁、c₂和c₃等常量有關，雷諾數對三個氣動系數c₁、c₂、c₃的影響較小，因此該控制規律適用于各種風況；變槳執行機構控制調整桿實現對槳葉的自主變槳控制，變槳控制規律表達式簡潔，計算時間短，響應速度快，解決了變槳控制滯后的缺陷。

技術領域

本發明涉及風力機變槳控制技術領域，尤其涉及一種對稱翼型垂直軸風力機的變槳控制方法及系統。

背景技術

垂直軸風力發電機的風輪旋轉軸垂直于底面或氣流，在風向改變時無需對風，相對于水平軸風力發電機不僅結構設計簡化，而且減少了風輪對風時的陀螺力。但垂直軸風力機存在自啟能力差、風能利用率低等缺點，變槳距控制是優化垂直軸風力機氣動性能和風能利用率的一種有效措施，現有技術中有大量關于水平軸風力機的變槳控制方法，但由于兩種風力機運行方式不同，這些控制方法不能直接應用于垂直軸風力機；目前垂直軸風力機采用的變槳方式主要有：(1)利用偏心機構設置周期變化的槳距角進行調節；(2)通過數值仿真和優化算法確定最優槳距角進行實時控制。利用偏心機構的調節通常自主性差；通過優化算法的實時調節，如果迭代算法復雜，易出現變槳控制滯后的問題，且實時調節多依據某一具體雷諾數下的風況進行設置，缺乏普適性。

公開號為CN102889177A的發明專利申請公開了一種H型垂直軸風力發電系統變槳距角結構及控制方法，通過實時采集風向、風速信號和風機葉片位置信號，并將風速與設定的切出風速進行比較，并結合風向給出變槳控制的結果，提高垂直軸風力發電機的自啟動能力和切向力，但其控制邏輯相對復雜，存在響應時間長，變槳控制滯后的問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于提供一種針對對稱翼型直葉片高尖速比垂直軸風力機變槳控制的方法及系統。

本發明是通過以下技術方案解決上述技術問題的：對稱翼型垂直軸風力機的變槳控制方法，風力機包括連桿，連桿兩端分別設置有一個對稱的槳葉，連桿的中心設置有一個垂直地面的轉軸，所述轉軸上設置有控制槳葉的變槳執行機構，變槳執行機構設置有與槳葉連接的調整桿，風力機上還設置有風向儀和風速儀，連桿上設置有角度傳感器；變槳執行機構的最優槳距角控制規律為：

其中，θ_p為最優槳距角，Ψ為槳葉方位角，即風向沿逆時針旋轉到翼型圓周內法線時轉過的角度，過風向儀和角度傳感器的數值即可得到槳葉方位角；為葉尖速度比，R為旋轉半徑，Ω為轉速，v_in為風速，即風速儀的數值；

c₁、c₂和c₃為升力系數表達式C_L(α)＝c₁α+c₃α³和阻力系數表達式C_D(α)＝c₀+c₂α²中的氣動系數，α為攻角，表示相對風速v_r與翼型弦線之間的夾角，v_r＝v_in-RΩ；將根據控制規律得到的槳距角輸出給變槳執行機構，所述變槳執行機構控制調整桿對槳葉進行變槳控制。