風(fēng)切變對(duì)風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置輸出特性影響及變槳優(yōu)化研究.pdf

1、風(fēng)輪是風(fēng)力機(jī)的關(guān)鍵部件,其氣動(dòng)性能直接決定了風(fēng)力機(jī)能從風(fēng)中提取的能量多少及其轉(zhuǎn)化效率,是風(fēng)力發(fā)電技術(shù)中的核心內(nèi)容。然而風(fēng)速在空間上具有風(fēng)切變特性,致使風(fēng)力機(jī)葉片掃掠面的不同水平截面的風(fēng)速大小各不相同,風(fēng)速的變化使得風(fēng)力機(jī)葉片運(yùn)行工況時(shí)刻發(fā)生改變,直接影響到風(fēng)輪的氣動(dòng)性能,進(jìn)而影響風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的效率與安全。本文針對(duì)風(fēng)切變影響風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置輸出特性這一個(gè)問(wèn)題,選取了容量1.5MW,風(fēng)輪直徑82.7m的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組,對(duì)其在風(fēng)切變流場(chǎng)中輪轂高度處

2、的來(lái)流風(fēng)速為額定風(fēng)速時(shí)的葉片變槳進(jìn)行了研究。研究?jī)?nèi)容包括風(fēng)切變流場(chǎng)中風(fēng)輪氣動(dòng)特性研究,風(fēng)切變流場(chǎng)中風(fēng)輪葉片旋轉(zhuǎn)到任意相位角時(shí)各截面節(jié)距角計(jì)算,風(fēng)輪葉片旋轉(zhuǎn)到任意相位角時(shí)最佳節(jié)距角的優(yōu)化選取,風(fēng)切變流場(chǎng)中風(fēng)輪輸出特性仿真模擬等。為了實(shí)現(xiàn)所研究的內(nèi)容,本文以風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)理論為依據(jù),建立了風(fēng)切變流場(chǎng)中風(fēng)輪氣動(dòng)特性數(shù)學(xué)模型,通過(guò)Matlab軟件編制風(fēng)切變流場(chǎng)中理想葉片旋轉(zhuǎn)到任意相位角時(shí)各截面節(jié)距角計(jì)算程序,用多項(xiàng)式擬合的方法歸納出理想

3、葉片旋轉(zhuǎn)到任意相位角時(shí)各截面節(jié)距角變化規(guī)律方程;進(jìn)行節(jié)距角優(yōu)化選取后,建立了實(shí)際葉片旋轉(zhuǎn)一周變槳方程;為了驗(yàn)證風(fēng)切變對(duì)風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置輸出特性的影響,分別對(duì)葉片旋轉(zhuǎn)到任意相位角時(shí)不變槳風(fēng)輪輸出功率和葉片按照變槳方程進(jìn)行變槳風(fēng)輪輸出功率進(jìn)行了仿真模擬,通過(guò)仿真結(jié)果對(duì)比分析可知,在風(fēng)切變流場(chǎng)中進(jìn)行葉片旋轉(zhuǎn)一周變槳距調(diào)節(jié),可使得風(fēng)輪輸出的平均功率約為1492kW,比葉片旋轉(zhuǎn)到任意相位角時(shí)不變槳風(fēng)輪輸出的平均功率高出約18kW,風(fēng)輪的效率提高1％以