风力发电机大风限速保护方法的研究

小型风力发电机面临的最大难题是其可靠性问题,即大风时的限速保护问题.从能量守恒的角度分析了利用风轮与发电机的功率匹配特性实现风力发电机限速保护的可行性.另外,设计了2台风轮与发电机具有不同匹配特性的300 W/26 V风力发电机,为了使其具有可比性,使用了同样型号的发电机.通过实验测试了风轮的机械输出特性、发电机在输出电压不同时的功率特性和整机的功率输出,实验结果表明,风速12 m/s以下时2台风力机输出功率基本相同,风速12 m/s以上时其中1台随着风速的增加功率不断增加,而另外1台随着风速的增加输出功率不再上升,甚至有点下降,与大风机功率特性相似.     

小型变桨距风力机的气动优化设计

基于叶素动量理论分析了小型风力机的气动性能分析模型,并提出了叶片的气动优化设计方法.结合叶片制造和应用中的实际要求,设计了10 kW小型变桨距风力机叶片的气动外形.计算结果表明,设计叶片具有良好的气动性能,验证了该设计方法有效实用.     

风力机风轮结构阻尼比改进方法研究

针对某风力机风轮结构,提出了翼型加厚、新型双夹板式叶片连接、叶片沿翼展方向开槽和加肋3种结构改进方法,利用B&K公司最新研究的PULSE16.1结构振动分析系统对原翼型风轮和3种结构改进的风轮进行模态测试,获得了风轮结构改进对其阻尼比的影响特性。研究发现,3种结构改进方法均可有效改变风轮阻尼比随振动阶数升高跌宕起伏变化的规律,其中尤其以翼型加厚造成的影响最为显著;翼型加厚对通常关注的1,2阶振动的阻尼比影响相对显著,双夹板式叶片连接方式、叶片沿翼展方向的开槽和加肋两种改进方法则对1,2阶振动的阻尼比影响相对较小,且较均匀。相关研究成果对风轮阻尼比的设计和优化具有较重要的实用价值。     

小型变桨风力机启动性能研究

为研究某小型水平轴变桨风力机的启动性能,通过搭建风力机风洞试验台,分析不同桨距角对风力机静态扭矩、转速以及启动风速的影响,同时通过数值模拟仿真结果结合理论分析,研究风力机启动时桨距角变化过程中的相关气动性能。结果表明：风速分别保持在3～6 m/s不变时,随着桨距角的增加,风轮静态扭矩值呈先增大后减小的趋势,50°桨距角下的静态扭矩约为10°桨距角下静态扭矩的2.2倍;风轮静止时表现出与高速旋转状态下截然相反的气动性能,叶片叶根区域为启动扭矩主要动力产生区域;桨距角越小,叶根区域流动分离现象越明显,且分离点越靠近前缘,气动性能越差;40°桨距角时,可兼顾最小的启动风速和较大的旋转速度,测得最低启动风速为3.7 m/s。     

偏侧风对风力机气动性能的影响

针对偏侧风对风力机气动性能影响的研究问题,用相对运动法作偏侧风的矢量分解,获得各风速分量的时间空间变化性质;在气动性能的计算模型中分离出偏侧风扰动项,分析了偏侧风对气动力的影响机理;用差值比较法在实例计算中得到偏侧风的气动推力和力矩,得出偏侧风对风力机具有周期性局部冲击的结论,为综合研究风力机风速风向变化下的气动特性及风电传动系统动力学行为提供了支持。     

风轮间距与相位角对双风轮风力机功率特性的影响

采用雷诺平均N-S方程和滑移网格建立双风轮风力机气动特性分析模型,将风力机叶片压力分布和功率特性计算值与实验值进行对比,并分析双风轮间距和相位角对风力机功率特性的影响规律。结果表明:前风轮的输出功率基本不受风轮间距的影响,后风轮的输出功率随风轮间距的增大而减小,且降幅逐渐增大;随着风轮相位角的增大,前风轮的输出功率先减小后增大,后风轮的输出功率先增大后减小;当风轮相位角为30°和75°时,双风轮风力机总输出功率分别达到最大值和最小值。     

小型风力机风轮主动侧偏机构试验研究

根据输出的功率信号,对尾翼侧偏角度进行调节,可以在保证主动侧偏型小型风力发电机稳定安全运行的基础上,实现风能最大利用.通过实验得出不同侧偏角下风轮功率的输出,然后根据模拟输出功率信号,测试在不同工况下,主动侧偏机构动作的正确性和可行性,为整机试验做好前期准备工作.     

基于实测风数据的风力机设计与改进研究

在对调研地区风能资源进行观测和统计的基础上,基于Wilson理论和Matlab编程语言对25kW定桨距直驱式风力机进行设计和仿真,并提出通过增大风轮直径、采用低速发电机可提高风力机在低风速地区的发电量。仿真结果表明:高风速风力机不适合在偏低风速地区使用,需以当地实测风资源统计结果为依据进行风力机的设计和选型工作;增大风轮直径、降低额定转速可将风力机额定功率点提前,增加风力机在低风速段的发电量。本文设计的风力机相比当地已使用的同型风力机在该地区的年发电量更大。     

离网型风力发电机的大风限速保护研究

如果解决不好离网型风力发电机的大风限速保护问题,就会大大地降低其可靠性和安全性.文章从风轮与发电机的匹配人手,一改传统离网型风力发电机最佳功率匹配运行为峰前匹配运行,使风力发电机在大风时保持较低的风能利用系数,具有大风时的限速保护作用.     

风轮尺寸与旋向对双风轮风力机功率特性的影响分析

为掌握双风轮风力机风轮尺寸与旋向对其功率特性的影响规律,文章建立了双风轮风力机气动特性分析模型,并与美国国家能源部可再生能源实验室的实验结果进行了对比,计算分析了双风轮尺寸和旋向对风力机功率特性的影响规律。结果表明:当风速为10 m/s时,设计的双风轮风力机比单风轮双叶片风力机输出功率提升了84.9%;随着风轮半径增大,双风轮风力机输出总功率逐渐增加;当前、后两风轮反向旋转时,双风轮风力机前风轮大后风轮小的布局可获得更高的输出功率,且增幅随着后风轮半径增大先减小后增大,最大增幅为5.3%;除前、后两风轮半径相同的情形之外,双风轮风力机前、后两风轮同向旋转时输出总功率更大。     

基于风轮气动特性的风力机变桨优化控制策略研究

当风速大于额定风速时,风电机组通过控制变桨机构调整桨距角来减小风能捕获,从而使机组的输出功率保持在额定功率附近。变桨系统一般采用PI(比例积分)控制算法,但由于风轮气动转矩与风速、风轮转速、桨距角呈高次复杂非线性关系,单一控制参数的变桨控制器难以满足风电机组在额定风速以上的运行性能要求。为了解决单一变桨控制性能不足的问题,提出一种基于风轮气动特性的风力机变桨优化控制策略,该策略通过测量桨距角当前值来动态调整变桨控制器参数,可有效提升变桨系统随风动作连续性,减小由变桨控制引起的转速与功率波动,削减机组由变桨动作引起的动态载荷。     

基于x-LMS的智能叶片风力机复合主动降载控制方法

为研究大型风力机的主动降载控制方法,以NREL 5 MW参考风力机为研究对象,建立了具有尾缘襟翼的智能叶片风力机非定常气动模型,并分析其非定常气动性能。基于x-LMS分别对桨距角和尾缘襟翼角进行控制,提出将二者结合的复合主动降载控制方法,并分析了在不同风况下所提控制方法的控制效果。结果表明:所建模型可有效模拟出智能叶片风力机的非定常气动性能;所提控制方法可同时抑制高频与低频叶根挥舞弯矩波动,并显著降低叶片疲劳载荷,有利于风力机的稳定运行。     

导流型垂直轴风力机内部流场计算方法的比较与研究

基于CFD模拟计算,分别用多参考坐标系法(Multiple Reference Frame,MRF)和滑移网格法(Sliding Mesh,SM)对导流型垂直轴风力机进行数值模拟,给出每种方法在工程应用中所适用的范围与场合。在对该种风力机整体外特性的计算上,两种方法对其总扭矩等性能有着相似的结论,周期较短的MRF法更为适合;在局部流动内特性上,SM法作为一种非定常的计算方法,能相对准确的表达出风轮的内特性参数随时间及空间的变化,对于此方面的计算,物理意义较合理的SM法更为适合。     

低空急流条件下水平轴风力机风轮气动特性的研究

为阐明低空急流条件下风力机风轮的气动特性,基于工程化的边界层风速模型和Von Karman谱模型建立不同来流的脉动风场,对比研究低空急流条件下NREL 5 MW风力机风轮的输出功率和气动载荷的变化规律。结果表明:如果仅以轮毂高度处的风速作为风力机变桨控制的依据,与均匀来流和剪切来流相比较,低空急流条件下,虽然来流风功率明显增大,但风轮的输出功率在较高风速时反而减小;风轮所受的不平衡气动载荷,包括横向力、纵向力、偏航力矩和倾覆力矩在较高风速时小于剪切来流的结果;且仅以轮毂高度处的风速预测得到的风轮输出功率高于实际结果,其最大相对误差为89.4%。因此,低空急流条件下,为提高风能利用率和风轮输出功率的预测精度,应考虑不同高度位置处的风速大小对风力机进行变桨控制和功率预测。     

风力机风轮模态局部化的动力学机理与影响因素分析

该文对风力机叶片损伤导致风轮模态局部化的动力学机理与影响因素进行研究。首先从代数特征值角度,揭示模态局部化的动力学机理,发现结构产生模态局部化的主要原因是存在密集模态。其次,建立NREL 5 MW风轮结构的有限元模型,分析叶片失谐度、模态阶数和失谐位置对风力机风轮结构模态局部化的影响。结果表明：叶片损伤失谐会造成叶片的振型发生显著变化,产生模态局部化现象;同时在某些模态下,系统振动能量集中于损伤叶片,会加速叶片损伤,致使其产生疲劳破坏。因此在风力机结构设计时,需考虑模态局部化对风力机结构的动力学特性影响。     

小型水平轴风力机叶片的振动性能的研究

利用振动与噪声测试和分析系统，对小型300W叶片进行实验模态分析。使用BSWA VS302 USB双通道声学振动分析仪对输入和响应信号进行测量和参数辨识，再通过ME’scope VES软件分析来获得叶片的模态特性参数，可以为今后叶片优化设计提供参考。     

基于IEC标准的小型风力发电机功率特性测试数据处理方法的研究

基于IEC标准的虚拟式小型风力发电机功率特性测试系统,采用Matlab软件对输出电流、输出电压、输出功率、大气温度、大气压力、风速等现场试验数据进行了bin法的分析和处理,获得了满足IEC61400-12-1标准的功率特性曲线、功率输出散点图、Cp曲线和年发电量的估算值,在风场测试中也获得了满意的结果,为评估和改进风力机性能提供了技术支持。