定桨距风力发电机组发电性能提升技术研究

针对我国高原地区多数定桨距风力发电机组长期处于欠发状态,发电性能未达到设计要求的问题,对定桨距风电机组发电性能提升技术进行了研究,结合高原地区空气密度低、温差大等环境特性,提出了一种桨叶加装加长节技术,通过在桨叶根部加装加长节的方式增大了风轮扫略面积,从而提升了机组发电性能,利用Bladed软件仿真不同长度的加长节,进行了经济效益、载荷计算和强度校核分析,获得了最优加长节长度为650 mm。研究结果表明:桨叶加长节技术实施后,通过连续一年采集发电数据,获得机组年发电量的增益率为8.64%,静态投资期约3年,机组寿命期内发电量增益约168万元,具有很好的经济性和推广性,可为我国定桨距风力发电机组发电性能提升技术研究提供一定的参考。     

双排涡流发生器高度参数对风力机气动性能影响的研究

为了研究双排涡流发生器高度参数对风力机气动性能的影响,以NREL Phase VI风力机叶片为模型,采用CFD方法分别对加装单排涡流发生器、不同高度参数双排涡流发生器共10种模型进行模拟,分析其在不同风速、转速下对风力机叶片气动性能的影响。计算结果表明,所有不同高度参数双排涡流发生器在不同转速、来流风速时,均能提升风力机叶片气动性能,改善风力机流场。其中,第一排涡流发生器与第二排涡流发生器高度差越大时,双排涡流发生器整体流动控制效果最好,即最佳高度参数Case 4(第一排涡流发生器高度3 mm,第二排涡流发生器高度9 mm)前低后高组合。同时,最佳高度参数双排涡流发生器和单排涡流发生器相比能进一步延迟流动分离,取得更好的流动控制效果。     

风力发电机叶片变桨距偏离方式的受力分析

通过叶素理论及贝茨理论对两种风机叶片桨距角调节方法进行了对比,系统分析叶片桨距角偏离所引起的受力、边界层分离、攻角及桨距角等参数的变化,计算出叶片升力/阻力变化;通过求解流体边界层方程,揭示出叶片偏离最优桨距角之后产生的实际变化。得到下述结论:桨距角变大时,风机效率变化稳定但变化慢,桨距角调节范围较大;桨距角变小时,风机效率变化敏感,调整范围需要精密控制;该结论可为不同应用区域风机叶片参数调整方式的确定提供参考。     

基于运行数据的风力发电机选型研究

高海拔、低风速区域风能的规模开发具有重要的商业价值,选择能够更好地适应高海拔、低风速环境的风力发电机,可以有效地提升风电场的综合效益。基于运行数据对青藏高原柴达木盆地H风电场的2种不同类型的风力发电机进行分析比较,对2种类型风力发电机的基本参数、功率曲线、发电量及故障数据进行统计分析,得出在青藏高原高海拔、低风速区域以G型风机为代表的直接驱动型外转子永磁同步发电机的综合性能优于以X型风机为代表的齿轮驱动型内转子永磁同步发电机,为该地区高海拔、低风速环境下的机组选型提供一定的参考。     

定桨距风轮气动特性预测方法的研究

风能是一种清洁的可再生能源.在风力发电步入商业化的今天,叶轮技术的不断发展和改进大大降低了风力发电的成本.目前工程实际中应用的并网型定桨距风力机,采用的定桨距风力机转速可变,通过转速变化达到低风速时运行高效率、大风速时恒功率输出.本文通过对定桨距风轮的实验以及利用CFD技术做仿其计算,从而对定桨距风轮的气动特性作出预测.     

基于BP神经网络的风力发电机组变桨距控制仿真研究

在分析风力发电系统对于变桨距的要求上,建立系统的仿真模型,并在此基础上提出了一种基于BP神经网络的变桨距控制方法.该方法利用神经网络的非线性控制模型,解决了难以精确控制的困难.以风速为输入时象,以桨距角为输出对象对高于额定风速时进行控制,以使风力发电系统在高风速时平稳运行于额定功率.最后,以MATLAB的仿真模块进行验证仿真,结果证明提出方法的有效性和实用性.     

风力发电机组泵控液压系统变桨距控制研究

风能收集和转换主要的两种功率调节模式是风力机转速变化和桨距控制。从大型风力发电机组容量和变桨距控制的要求出发,对高性能变桨距控制技术展开研究,应用电液伺服泵控变桨距控制系统,针对变桨距控制中负载强扰动,系统控制鲁棒性差的问题,采用模糊PID控制策略,提高系统抗干扰的综合性能。通过Simulink建立模糊PID控制策略,因为负载处于强扰动工况,针对不同桨距角下,油缸所受载荷进行仿真分析,通过在Fluent中建立风机桨叶的流场模型,得出了不同风速情况下液压缸所受载荷与桨距角之间的关系。最终将系统的载荷谱装载到液压系统与控制策略仿真模型中,通过仿真与试验相结合的形式,得出系统稳态控制精度提高71%,响应时间提高34.28%,系统超调降低48.33%。验证模糊PID控制策略对于提高系统鲁棒性有良好的控制效果。     

涡流发生器涡激振动抑制研究

通过风洞实验对涡流发生器的涡激振动抑制效果进行了分析研究,确定了涡流发生器的最佳几何参数,并探讨了涡流发生器涡激振动抑制机理.结果表明:从阻力系数的角度,涡流发生器比螺旋条纹圆管有更大的涡激振动抑制优势.热线风速仪的测量结果表明:光滑圆管及涡流发生器圆管尾流展向尾流速度相关系数不受雷诺数及涡流发生器的影响.涡流发生器主要是通过影响边界层的分离进而影响涡街脱落点来抑制涡激振动,对涡街脱落的沿展向三维扩展没有影响.     

涡流发生器参数化模型风力机叶段表面应用方法研究

涡流发生器(Vortex generators,VGs)参数化模型可以有效提高加VGs风力机叶片的数值模拟效率。目前VGs参数化模型存在精度低,适用性差等问题。为了提高VGs参数化模型在叶段上的应用精度,提出了VGs参数化模型的应用方法,如源项添加方法、位置及源项区域网格。基于阵列式VGs参数化模型、Lamb-Oseen涡模型和上述应用方法,以加VGs的DU91-W2-250叶段为研究对象,进行模拟研究。参数化模拟数据与VGs实体模型、文献试验结果进行了对比验证,结果显示三者吻合良好,证明了模拟方法有效性和数据可信性。在不同来流风速和来流攻角下,对用参数化建模和实体建模的数值结果进行对比分析,来验证模拟方法对运行工况的普适性。研究结果表明：两种模型计算得到的涡结构和压力系数分布,在整体上都具有较高的一致性,且受来流功角和来流风速影响较小,证明参数化模型有较高的精度和普适性,可以代替实体模型在风力机叶段上应用。     

MW级变速恒频风力发电机组电液变桨距系统的研究

变桨距系统是风力发电机控制的关键技术之一。在国内外研究的基础上提出一种新型的变桨距系统,该系统采用液压变桨距机构来实现桨距角的改变。在安全液压缸和控制液压缸的共同作用下,该套系统相对其他变桨距机构更具有变桨力矩大、变桨精度高、易于控制、叶片振动小等优点。     

小尺度圆柱涡流发生器的传热与流动特性

应用大涡模拟对设置小尺度圆柱涡流发生器矩形槽道底面的流动与传热特性进行研究,小尺度圆柱涡流发生器置于湍流边界层内。分析不同间隙比对槽道流动结构、槽道底面Nusselt数、摩擦因数以及综合性能系数的影响。此外,采用大涡模拟所得槽道计算结果与前人直接数值模拟结果一致性很好,验证所采用数值方法的准确性与可靠性。研究结果表明,与未设置小尺度圆柱涡流发生器的矩形槽道相比,设置小尺度圆柱涡流发生器槽道底面的换热性能可以得到显著提高,同时其流动阻力的增加亦得到有效抑制。当间隙比为2.0时,槽道底面换热性能最佳,其Nusselt数可提高18.76%;而当间隙比为0.5时,槽道底面减阻效果最佳,摩擦因数可减小3.77%。     

振荡参数对涡流发生器抑制风力机翼型动态失速影响研究

动态失速对风力机叶片气动特性具有重要影响,涡流发生器(Vortex generators, VGs)是目前风力机领域应用最为广泛的流动控制技术,对动态分离具有一定的抑制作用。为探索VGs对风力机翼型动态失速的抑制作用,采用SSTk-ω湍流模型,研究振幅Δα、折合频率k对加VGs的DU91-W2-250翼段动态失速特性的影响。结果表明：振幅增大,动态失速迟滞效应增强,失速角延后,最大升力系数增加,下俯阶段的升力系数减小,平均升力系数降低。折合频率较大时,阻力系数迟滞效应增强,上仰阶段阻力增大,下俯阶段阻力减小,平均升阻力系数随折合频率增大先增大后减小;折合频率越大的工况,流场动态响应明显,加VGs翼段失速严重。与光滑翼段相比较,VGs延迟动态失速效果与振幅成正比,与折合频率成负相关。     

空转工况风力发电机组叶片失速振荡研究

在风力发电机组吊装完成和高风速切出或故障切出时,机组保持在空转停机状态。在现场特定风况和特定机组状态组合下,叶片容易发生由动态失速导致的振荡现象,极大威胁叶片疲劳寿命和机组安全性。根据IEC 61400-1规范中的要求,机组处于空转停机状态,应考虑极端风速模型（EWM）。针对叶片长度分别为92、97、112 m 3款叶片进行建模分析,研究机组发生失速振荡的内在规律和抑制手段。通过对机组在0～360°风向、场址极端风速以及降低风况条件进行Bladed仿真,发现3款机组均在1只叶片竖直向下位置附近、风向30°和330°附近容易发生叶片失速振荡现象。基于失速振荡发生较为集中的工况,通过调整桨距角能够实现对振荡幅值的抑制;针对不同气动外形,抑制效果有一定差别。     

定桨距变转速风力机气动性能测试与流场测量

针对非并网风电系统,搭建了风力机性能测试平台,设计了流场测量系统。利用该平台和测试系统,通过改变磁粉制动器的励磁电流实现对风轮转速的高精度控制。通过测量分析发现了风轮后气流旋转方向与风轮旋转方向相反的规律,得到了输出功率越大,其尾迹内气流的轴向速度越小的结论。该实验结果为定桨距变转速风力机的转速控制策略制定提供了依据,也为非并网风电系统风力机的优化和设计提供了参考。     

雷诺数对安装涡流发生器翼型气动性能的影响

为了研究雷诺数对安装涡流发生器翼型气动性能的影响,以NACA4418翼型为研究对象,通过风洞测压试验的方法,研究了安装涡流发生器翼型在从低到高不同雷诺数下气动性能变化规律和翼型表面绕流场特性,对比分析了涡流发生器参数对翼型气动性能的影响.结果表明:随着雷诺数的增大,涡流发生器增升减阻作用逐渐增强,抑制边界层分离的攻角范...     

半球阵列式涡流发生器湍流尾迹流动特性研究

利用DDES延迟分离涡模拟研究了半球状的涡流发生器尾迹区域的流动特性,包括了速度场以及涡量场,研究发现尾迹区域的速度场,涡量场呈现出不同的发展趋势,速度场在初始角度尾流开始分离,随着角度的增加,由流动分离再趋向于整体,尾迹区域的宽度与长度的变化经历了加速下降区,相对缓慢加速区,以及平缓过渡区三区域,涡量场整体趋向于分离状态,随着角度增加脱落的漩涡越来越大,涡量保持区的长度变长。涡量场与速度场在总体上呈现出不同的流体动力特征。     

斜截椭圆柱式涡流发生器强化传热的大涡模拟

对流体在放置斜截椭圆柱式涡流发生器矩形槽道内的流动与传热特性进行大涡模拟,得出流场中速度、温度与压力参数的瞬态变化特性,再现温度场、压力场及诱导旋涡的变化过程,并对流动结构及涡流发生器强化传热的机理进行分析。为验证大涡模拟计算结果的准确性,在相同条件下对未布置涡流发生器的空槽道分别采用湍流模型和大涡模拟进行对比计算,两者的计算结果符合较好。计算结果表明：流场中布置的涡流发生器可以诱导漩涡,而由其所诱导的流向涡对强化传热起主要作用。与相同条件下未布置涡流发生器的情况相比,局部对流换热系数可提高64%～105%,平均对流换热系数则可提高17%～36%;涡流发生器附近位置的对流换热系数提高幅度最大,传热面附近流体的流动状况及流动结构与传热密切相关。     

金风1.5MW风力发电机组切出风速限值优化提升

风力发电机组切出风速是跟踪机组实际风速的运行情况、实现风机参数评估及控制优化在风力发电机组的切出风速参数优化及控制设计区间限值内顺利实施的关键基础条件措施手段之一。风力发电机组中的风机切出风速参数的优化控制系统设计,也属于实现风电技术软件设计参数优化及其控制优化与实现风机硬件选型与优化系统设计优化相结合,进行研究验证的基本方式可确保发电机稳定提高额定发电量出力的同时,满足对机组供电的电力安全性要求。