500W风力发电机尾舵斜置保护机构的研制

介绍小型水平轴上风式500W风力发电机采用尾舵斜置保护和控制整机功率输出设计和试验。试验结果表明：当来流风速大于设计风速时，尾舵倾斜，风轮开始偏转，达到了采用尾舵斜置来保护风轮的目的。     

小型水平轴风力机特征风速的确定与气动特性的实验研究

应用WASP软件,在认为风速服从两参数Weibull分布前提下,对内蒙古4个地区的风资源进行分析,推导出特征风速的计算公式,计算内蒙古4个地区的切入风速和额定风速;然后从低成本角度出发,优化风力机的特征风速,缩短风轮直径,降低制造工艺难度,来优化设计风力机;最后通过风力机气动实验分析和风力机单位面积发电量模拟计算进行了对比验证。结果表明:采用特征风速优化后设计的新翼型风力机输出功率得到提高,并且在实际风场中比传统翼型风力机单位面积发电量平均提高了28.0%.     

风电机组旋转风轮对机舱测风影响的分析

为机舱测风更加准确,采用计算流体力学仿真方法,以5 MW风力发电机组为例,仿真分析了额定风速10.5m/s,风轮额定转速11.34r/min情况下,对比带与不带T型阻流板不同叶片结构对风力发电机组的外流场分布的影响,以及对机舱顶部风速风向仪测量精度的影响。计算结果表明带T型阻流板叶片对于机舱顶部风速仪、风向仪测量精度产生较大影响,建议将风速风向仪位置相对于原位置向前移动0.3m升高1m,使风速风向测量精度达到设计要求。     

风电场风速时间序列的复杂动力学特性分析

利用混沌理论对风电场风速数据进行了相空间重构,首先由C-C方法计算出嵌入维数和延迟时间,然后采用G-P算法计算出吸引子关联维数,最后用小数据量改进算法得出风速时间序列的最大Lyapunov指数,由计算结果发现风电场风速时间序列具有混沌特性,为利用混沌预测方法进一步提高风速预测精度提供参考.     

考虑气动弹性的风力机叶片分析

运用修正的叶素-动量理论和有限元方法,建立了一种全新的考虑气动弹性的风力机叶片性能分析方法.运用该方法,在多种风速工况下对某850 k W风力机叶片的性能进行了计算,结果表明:对于大功率风力机,在大风速大载荷工况下,气动弹性对风轮性能有明显的影响,使叶片偏离原设计值.该方法的运用对于叶片的气动设计、载荷计算和结构设计有实际指导意义.     

基于叶素动量理论的水平轴风力机叶片设计方法

针对叶素动量理论在实际运用中存在的问题,对叶素动量理论进行较系统的分析,认为其有两种计算模型.以模型Ⅰ为例,提出两种计算流程,建立以风轮运行风速范围内风能利用系数最大,以叶片弦长、叶尖速比为设计变量的优化设计模型,计算中考虑分段叶尖损失计算方法.针对8kW水平轴风力机叶片的计算表明,计算方法稳定、可行.根据设计要求,对叶片弦长、叶尖速比进行优化设计.通过计算获得叶片结构参数和叶片性能参数随叶片展向、风速的变化关系,同时获得风力机的最佳运行风速范围.计算结果可为风力机叶片设计和评估提供参考.     

垂直轴风轮性能检测试验台

为了提高垂直轴风轮试验数据的测控精度及其自动化水平,针对垂直轴风轮性能检测研发了一套试验系统,系统由风轮支撑调整子系统、信号采集与分析子系统和加载子系统3部分构成。对每个子系统进行了分析、计算和设计。以Savonius型风轮样机为测试对象,在风速从5 m/s至25 m/s,负载电流从空载到0.18 A的条件下,用试验台对风速、转速和转矩等参数进行实时检测,得到功率与风速的关系以及不同负载条件下的效率最大值。检测结果表明:该试验台能够完整地测试风轮的性能参数,达到了预期设计性能。     

基于最大熵理论的润扬悬索桥桥址极值风速预测

基于最大熵可靠度理论,提出了润扬大桥悬索桥的桥址极值风速预测方法,从而为润扬大桥悬索桥的风效应可靠度评估提供实际的荷载概率模型.根据桥址实测短期风速风向数据,计算了反映桥址气候特征的日最大风速风向频度函数,并计算了统计的桥址风速风向联合概率密度函数曲面.在此基础上采用最大熵法建立了桥址的风速风向联合概率模型,并对润扬大桥悬索桥50年和100年重现期内的极值风速进行了预测.分析结果表明,采用联合概率模型能够较好地描述润扬大桥悬索桥桥址的良态气候风场模式,并且桥址预测的极值风速小于设计风速,说明润扬悬索桥抗风设计时考虑了较大的安全度.     

基于流固耦合的风力机预应力模态分析

以某1.5 MW水平轴风力机风轮为研究对象,考虑风轮旋转气动力和结构的流固耦合效应,运用ANSYS Workbench有限元分析软件,计算出不同风速时风轮旋转气动力与结构流固耦合作用下的压力.将压力作为输入载荷对风轮结构进行静力学分析,进而转换为预应力条件下的模态分析.结果表明:风力机运行时,叶尖处的变形最大,叶片上距离叶根3/4段处和叶根部有明显的应力集中;最大应力在额定风速以前随着风速的增大而增大,额定风速以后变化较小;叶片最大变形量随着风速的增大而增大;旋转效应使得风轮各阶模态所对应的频率增大.     

不同建筑环境下平均风速剖面的数值模拟

基于计算流体力学（CFD）方法对具有不同建筑环境参数的城市上空的风场进行系统性的数值模拟,并对平均风速剖面指数的变化规律进行讨论。研究结果表明,建筑平均高度对平均风速剖面指数的影响较大,建筑密度对平均风速剖面指数的影响较小。文中还给出了以建筑平均高度和建筑密度为自变量的平均风速剖面指数经验公式。     

水平轴风力机尾流湍流结构的时空演化

基于小波变换的分析方法,结合致动线模型和大涡模拟研究了一台33 kW水平轴风力机尾流湍流结构的时空演化过程.研究发现,随着距风轮平面距离的增大,尾流中各测点的平均速度先减小后逐渐增大,速度波动的幅值呈减小趋势;风轮后7倍直径内,速度曲线具有明显的周期性,反映出脱落涡通过频率为1.80 Hz,其为风轮旋转频率的两倍.风轮后1倍直径测点处的叶尖涡所在的频率为0.78~25.00 Hz,形成的涡管通过该测点的时间约为0.32 s,涡管直径约为1.83 m;3倍直径测点处出现了0.15~0.78 Hz的低频率湍流结构;7倍直径测点处叶尖涡的频率为1.56~25.00 Hz,相比7倍直径测点之前的叶尖涡频率范围有大幅减小;8倍直径测点处,与近尾流区域相似的叶尖涡的涡管形状消失;9倍直径测点处叶尖涡基本完全耗散.     

1.2 MW风电机叶轮气动性能分析与仿真

风力发电机叶轮设计通常分为设计计算与性能验证两部分.对大功率风电机,在得到叶片的几何数据后,必须进行叶轮的气动性能验证计算.建立理论计算模型,以具体1.2 MW风电机叶轮为对象,进行了理论计算和实际数据测试,并建立了仿真验证模型.结果显示,依据理论模型进行设计计算和验证计算时,要适当增大修正系数,保证理论设计与实际运行结果更加接近.在建立大功率叶轮仿真模型时要综合轮毂和叶尖损失,重视摩擦等因素的影响,使模型的仿真验证功能更强.大功率叶轮设计时必须将理论计算与仿真和试验验证相结合,保证设计结果更加符合运行实际.     

液压传动型风能发电装置的马达速度特性

针对液压传动型风能发电装置的马达转速恒定输出问题,从提高风力发电机输出电压稳定性的角度出发,应用AMESim-Simulink联合仿真的方法,建立了风机模型、定量泵-变量马达液压系统数学模型,并应用模糊控制策略,定性地研究了该风力发电系统液压马达速度输出特性.研究结果表明:该新型发电系统在原理上可行;用液压系统取代传统的传动系统,通过调节模糊控制器,可实现马达稳定的速度输出,从而有利于提高发电机电压的稳定性.该研究内容为提高新型风力发电系统设计品质提供了参考依据.     

高海拔单台大型风力机外场实验

为了提高高海拔地区大型风力机的性能,以3.3 MW水平轴风力机为研究对象,通过外场实验的方法,利用机舱式激光雷达测量风力机的入流,同时,利用地面风廓线雷达测量风力机的尾流.首先将一天中激光雷达测得的入流风速和风向与机舱上的风速风向计数据对比,并提取一段时间内机舱雷达测得的入流风速进行分析;其次,把尾流风向与入流风向、尾...     

云南上空700hPa等压面风能资源分布分析

对云南区域(97.5°～107.5°E,22.5°～30°N)从1948年1月至2009年12月的时间段内的700 hPanc风场和温度场月平均再分析资料进行了风速、风功率密度随时间变化的分析和风向的频率分布情况分析.结果发现:云南上空700 hPa平均风速风功率密度年际变化总体波动平稳,二者变化趋势一致.700 hPa上平均风速和风功率密度的月际变化显现出明显的月份特征:最大的月是2月,其次是3月,各月风速、风功率密度差异显著.各季度的风功率密度由大到小依次是:冬季,春季,秋季,夏季,其中冬季波动明显.以云南为中心的(10°～30°N,87.5°～117.5°E)范围内风功率密度图显示云南上空700 hPa风速、风功率密度也有其显著的空间分布特点:滇东南风速较大,风能功率密度大;滇北海拔高,风速小,风功率密度小.云南上空700 hPa风向特点显著:多为偏西偏南风,各季节各年度风向较为集中,并且频率较高的风向伴随较大的风速和风功率密度.     

低风速风力发电机组造价与度电成本分析

为了提高低风速条件下风力发电机组的经济效益,提出了一种通过合理设计叶片来降低机组度电成本的方法。以相同功率等级、不同叶片长度的3种风力发电机组作为研究对象,在不同风力条件下分别计算各机组的年发电量,利用经验公式对各机组的总成本进行估计。结果表明:机组的度电成本随着平均风速的升高而降低。在平均风速较高的地区,长叶片机组在度电成本上的优势并不明显。而在平均风速较低的地区,机组的年发电量随着叶片的加长而明显增加;尽管总成本有所升高,但度电成本依然得以降低。通过适当减小叶片的最佳叶尖速比、增大风能利用系数也可以降低度电成本。该文还论述了通过合理选择叶片长度、优化翼型以及应用新材料来提高机组经济效益的可行性。     

基于广义极值分布的设计基本风速及其置信限计算

引入涵盖Gumbel,Frechet,W eibull三类极值渐近分布的广义极值分布(GED)模型,给出该模型参数的极大似然估计的计算公式,并由此导出设计基本风速及其置信上限的计算方法.采用南通气象观测站的年最大风速资料进行实证研究,分别用似然比法和Kolmogorv统计量检验分布的拟合优度,得出南通气象观测站年最大风速符合Frechet分布,而由样本值构造的经验分布与理论分布曲线基本相吻合.因此,由GED模型导出的计算方法明显优于采用单一分布的方法.     

风电机组叶片流固耦合的数值模拟方法

 以某5 MW 风电机组叶片模型为对象,研究一种适用于风电机组叶片流固耦合数值模拟的风轮旋转模拟方法。以风切变形式模拟风轮旋转及来流风速的综合效应,对叶片各截面翼型的扭角进行修正,建立风电机组叶片的风轮旋转模拟模型,利用有限元法模拟风电机组叶片的风洞流场实验,仿真模拟旋转效应下风电机组叶片的周围气压、绕流分布、表面压力及结构位移,并进行数据交叉迭代求解,得到风电机组叶片的流固耦合结果。与额定风速均匀来流条件下的初始模型计算结果和文献实验结果进行对比分析,验证了风轮旋转模拟方法的可行性。     

大跨度悬索桥随机风场的模拟研究

利用改进的线性滤波器法模拟具有空间相关性的脉动风荷载,给出了用该方法模拟脉动风荷载的步骤.利用MATLAB编写了模拟的具体程序,并把程序应用于鼓山大桥脉动风荷载模拟,将模拟值与目标值进行校验.结果表明,模拟的效果较好,可满足工程实际的需要.     

海、陆两用风力发电实验平台设计

在风电场通过现场测试分析研究风力机性能由于受到现场环境的限制,能够获得的研究数据有限,室内模拟实验平台能够有效弥补研究不足.为此提出了一种海、陆两用风力发电实验平台方案.该实验平台由来风装置、风轮、发电机、两段式塔架、漂浮台、波浪产生装置、传感检测和数据采集系统等构成.在实验平台整体方案基础上,进行了结构参数设计,建立了漂浮台受力分析模型并获得了合理的结构参数,以Lab VIEW为开发环境设计了上位机运行状态监控系统.最后,基于构建的实验平台,开展了部分风力机动态特性研究工作,对比分析了模拟陆地风力机和海上漂浮式风力机时塔架振动特性,为进一步深入开展风力机动态特性研究提供了基础.