[發明專利]一種用于風洞實驗的風力機陣列氣動效率的裝置及方法

有效

• 申請號: 202110250715.2
• 申請日: 2021-03-08
• 公開（公告）號: CN112983757B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 楊華;楊俊偉;沙成龍;宗旺旺
• 申請（專利權）人: 揚州大學
• 主分類號: F03D80/00
• 分類號: F03D80/00;F03D17/00;F03D7/04;F03D1/02;G06T17/00
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責任公司 32102
• 代理人: 董旭東;陳棟智

本發明公開了一種用于風洞實驗的風力機陣列氣動效率的裝置及方法，1)三維建模軟件對裝置進行建模；2)擬定微型直流電動機在發電機轉態下的軸功率輸出效率；3)搭建用于風洞實驗的風力機陣列氣動效率的裝置；4)設備安全性檢查；5)獲得設定風速；6)采集不同轉速下基準第一風力機的推力、輸出電流；7)構建風力機陣列；8）完成風力機陣列中第一風力機的氣動數據曲線；9)完成風力機陣列中所有風力機的氣動數據曲線；10)數據處理。裝置包括支撐底板、設置在支撐底板上的六分量天平和固定在六分量天平上的風力機。本發明可以精確采集各種風速下測試風力發電機陣列中不同位置的風力機功率數據及動態載荷變化情況，較為準確的擬合出風力機氣動特性曲線。

技術領域

本發明涉及風洞試驗及風力機陣列氣動特性測試領域，特別涉及一種用于風洞實驗的風力機陣列氣動效率的裝置及方法。

背景技術

最近幾年風能發電裝機容量一直在持續地增加，幾乎占了五年內所有電力增長的一半，目前我國新增裝機容量近3000萬千瓦。風力發電機在各工況下運轉流動條件的特點是長時間的高湍流度，實際風力機來流一般是高湍流及前一臺風力機旋轉的尾流中，為了解這種流動結構的分布和動力學對定量分析的非定常載荷和功率輸出脈動是至關重要的。

為了現實這個目標，需要通過風洞模擬由多臺小型風力機組成的風電場，并進行測試。目前仍有一些問題有待解決，在風洞實驗中，與真實環境的雷諾數之間存在不可避免的差異，且模型的風力發電機的一般有由微型直流電機制作，此類電機的機電轉換效率性能通常較差，為此在風洞實驗前需要準確測試小型風力機的性能，目前已有的研究一般使用較為容易獲取的電機的電功率來表征風力機的性能。然而，由于發電機的機械和電氣損耗，電功率的值顯然會小于風輪輸出的軸功率，且由于輸出的電功率受到模型發電機特性的影響，將會得到有關風力性能的錯誤信息，而其他一些研究則利用已知的直流發電機方程來估計，然而這樣的方式需要的電機特性參數過多，該方法能否可靠估計風輪機械功率尚不清楚。總的來說，風力機的功率表征是一個跨學科的問題，在流體力學方面(風輪氣動性能)和電氣方面(即直流發電機特性)存在差距。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術提供一種用于風洞實驗的風力機陣列氣動效率的裝置及方法，可以精確采集各種風速下測試風力發電機陣列中不同位置的風力機功率數據及動態載荷變化情況，較為準確的擬合出風力機氣動特性曲線。

本發明的目的一方面是這樣實現的：一種用于風洞實驗的風力機陣列氣動效率的方法，包括以下步驟：

步驟1)三維建模軟件對用于風洞實驗的風力機陣列氣動效率的裝置進行建模，依次進行旋轉風輪、風力機塔架、微型直流電動機支架、支撐底板建模，并利用三維打印機進行三維打印，并組裝風力機；

步驟2)將兩臺微型直流電動機與動態扭矩儀兩端分別軸連接，擬定微型直流電動機在發電機轉態下的軸功率輸出效率；

步驟3)搭建用于風洞實驗的風力機陣列氣動效率的裝置，在風洞試驗段底部搭建支撐底板，支撐底板上預先設計的孔與六分量天平相連接；在六分量天平上固定第一風力機；微處理器與第一風力機電連接；

步驟4)設備安全性檢查包括：緊固螺栓是否有松動；風力機是否固定安裝；轉速調理電路，驅動電路及電流調理電路是否正確連接并且正常運行，確保每條管道都保持通暢無堵塞情況；確保風洞內部清潔；

步驟5)設定六分量天平及微處理器的采樣頻率，啟動風洞，調節控制柜頻率獲得設定風速；

步驟6)調節上位機參數獲得設定轉速，依次采集不同轉速下基準第一風力機的推力、輸出電流，完成后關閉風洞；

步驟7)在支撐底板上安裝固定第二風力機，第三風力機，第四風力機，直至所有風力機均安裝固定在支撐底板上，形成的風力機陣列；

步驟8)重復步驟4)至步驟6)，完成風力機陣列中第一風力機的氣動數據曲線；