[發(fā)明專利]葉片失速條件下槳距角自動(dòng)尋優(yōu)的方法及設(shè)備

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010811884.4
• 申請(qǐng)日: 2020-08-13
• 公開（公告）號(hào): CN114076060B
• 公開（公告）日: 2023-09-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 歐發(fā)順;劉磊;孫兆沖
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 金風(fēng)科技股份有限公司
• 主分類號(hào): F03D7/00
• 分類號(hào): F03D7/00;F03D17/00
• 代理公司: 北京銘碩知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11286
• 代理人: 徐璐璐;王兆賡

本發(fā)明提供了一種葉片失速條件下槳距角自動(dòng)尋優(yōu)的方法及設(shè)備。所述方法包括：確定葉片是否處于失速狀態(tài)；當(dāng)葉片處于失速狀態(tài)且風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行在功率曲線的過渡段時(shí)，基于風(fēng)能利用系數(shù)或葉片攻角進(jìn)行槳距角自動(dòng)尋優(yōu)，以確定最優(yōu)槳距角。根據(jù)所述方法及設(shè)備，能夠確定葉片失速條件下的最優(yōu)槳距角，以使葉片脫離失速區(qū)，并盡可能降低發(fā)電量損失。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體說來涉及能源技術(shù)領(lǐng)域，更具體地講，涉及一種葉片失速條件下槳距角自動(dòng)尋優(yōu)的方法及設(shè)備。

背景技術(shù)

現(xiàn)代大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通常為輸入升力型風(fēng)機(jī)，即，通過葉片在不同葉片截面的翼型設(shè)計(jì)，葉片在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，根據(jù)邊界層理論氣流在葉片前緣分離，葉片上方的氣流較快，根據(jù)伯努利方程氣壓較小，葉片下方的氣流較慢，氣壓較大，由于葉片截面的上下表面存在壓力差，且下方大于上方，這樣就產(chǎn)生了升力；同時(shí)，阻力與相對(duì)風(fēng)速方向相同，升力和阻力的合力圍繞葉片的軸向方向形成了葉片的氣動(dòng)扭矩。氣動(dòng)扭矩的大小與風(fēng)速大小密切相關(guān)，風(fēng)速越大，氣動(dòng)扭矩越大，反之越小。機(jī)組控制系統(tǒng)根據(jù)氣動(dòng)扭矩的大小，給定相應(yīng)的電磁扭矩，兩者必須保持匹配，才能確保機(jī)組葉輪轉(zhuǎn)速平穩(wěn)。

機(jī)組在運(yùn)行過程中，由于種種原因，例如，葉片本身翼型存在問題、惡劣的運(yùn)行環(huán)境工況、或者本身參數(shù)設(shè)置不合理，會(huì)導(dǎo)致葉片產(chǎn)生失速問題。當(dāng)葉片發(fā)生失速時(shí)，具體表現(xiàn)為：葉片在各個(gè)截面的升力急劇降低，阻力變大，從而導(dǎo)致機(jī)組出力降低，遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)輸出，機(jī)組的功率曲線出現(xiàn)“凹坑”。

當(dāng)識(shí)別出葉片處于失速狀態(tài)后，從控制角度來說，只需將葉片槳距角調(diào)整到某一特定角度，降低葉片的攻角大小，使葉片脫離失速區(qū)，使得葉片的風(fēng)能利用系數(shù)(Cp)得到一定程度的恢復(fù)(可能比設(shè)計(jì)Cp低)。但存在以下問題：如何確定最優(yōu)的槳距角，如果調(diào)整后的槳距角過小，則導(dǎo)致葉片無法脫離失速區(qū)，即，葉片仍處于失速狀態(tài)，機(jī)組的出力將會(huì)繼續(xù)降低；如果調(diào)整后的槳距角過大，則即使葉片脫離了失速區(qū)，但當(dāng)前的槳距角并非最優(yōu)槳距角，仍會(huì)降低葉片吸收風(fēng)能(即，Cp降低)，導(dǎo)致機(jī)組出力降低，影響機(jī)組的發(fā)電能力。

針對(duì)葉片失速問題，目前存在多種技術(shù)方案，例如，根據(jù)機(jī)組運(yùn)行環(huán)境條件(如空氣密度)，直接將葉片槳距角調(diào)整至某一特定角度，例如，根據(jù)機(jī)組運(yùn)行環(huán)境條件(如空氣密度)通過查表法得到該特定角度，通常空氣密度越低，對(duì)應(yīng)的該特定角度越大。但葉片的失速一般發(fā)生在一定的運(yùn)行環(huán)境條件下，比如空氣密度較低時(shí)，此時(shí)通常對(duì)應(yīng)較高的環(huán)境溫度，但空氣密度大小與葉片失速程度大小并無明顯的線性關(guān)系，如果根據(jù)空氣密度大小調(diào)整機(jī)組的葉片槳距角大小，可能會(huì)進(jìn)一步降低葉片對(duì)風(fēng)能的吸收能力；此外，葉片的失速程度一般是動(dòng)態(tài)變化的，例如葉片表面污染所導(dǎo)致的葉片失速，根據(jù)葉片表面的污染程度加重，呈逐步加重的趨勢(shì)，簡(jiǎn)單將葉片槳距角固定在某一特定角度，顯然無法處理葉片失速程度變化的情況。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的示例性實(shí)施例在于提供一種葉片失速條件下槳距角自動(dòng)尋優(yōu)的方法及設(shè)備，其能夠解決現(xiàn)有技術(shù)存在的葉片失速條件下無法很好地確定最優(yōu)槳距角的問題。

根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，提供一種葉片失速條件下槳距角自動(dòng)尋優(yōu)的方法，所述方法包括：確定葉片是否處于失速狀態(tài)；當(dāng)葉片處于失速狀態(tài)且風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行在功率曲線的過渡段時(shí)，基于風(fēng)能利用系數(shù)或葉片攻角進(jìn)行槳距角自動(dòng)尋優(yōu)，以確定最優(yōu)槳距角。

可選地，確定葉片是否處于失速狀態(tài)的步驟包括：當(dāng)葉片攻角大于(α₀+ε)時(shí)，確定葉片處于失速狀態(tài)，其中，α₀表示葉片失速攻角，ε表示葉片失速攻角裕度，其中，葉片攻角為在與葉片的距葉片根部預(yù)設(shè)長(zhǎng)度處對(duì)應(yīng)的葉片截面處的攻角。

可選地，基于風(fēng)能利用系數(shù)進(jìn)行槳距角自動(dòng)尋優(yōu)，以確定最優(yōu)槳距角的步驟包括：以預(yù)設(shè)步長(zhǎng)增大槳距角，并計(jì)算每次增大槳距角后的風(fēng)能利用系數(shù)；基于計(jì)算的風(fēng)能利用系數(shù)，確定最優(yōu)槳距角。