某小型风机提高风能利用率的研究

为了提高Savonius小型垂直式风力机的风能利用率,采用CFD方法研究了在来风方向增加导流板对该垂直式风力机风能利用率的影响。研究中建立了数值计算模型并使用Fluent软件进行仿真分析,比较了有无导流板、不同导流板长度、不同安装角度和不同安装位置情况下叶片周围的流场分布以及叶片对转轴产生的静态力矩。仿真结果表明,增加导流板能够显著提高该型风机叶片对转轴的静态力矩;同时,导流板长度和安装角度对此是重要的影响因素;而在一定范围内,不同导流板位置对静态力矩所带来的影响可以忽略。合理安装导流板可以使得该型风机的叶片静态力矩提高20%~40%,进而提高Savonius型风机的风能利用率。

变速恒频风力机风能利用率的分析计算

指出了风能利用率是评价风轮气动特性优劣的主要参数,采用叶素动量的方法推导出了变速恒频风力机的风能利用效率的计算方法。

基于风能可利用率的风电场运维水平评价方法

针对传统方法在评价风电场运维水平时仅考虑可利用率数量不注重品质的问题,本文在《风力发电设备可靠性评价规程》定义的可利用率指标的基础上,结合风能随时间变化的影响,提出风能可利用率指标和可利用率品质指标的定义和计算方法,综合评估风电场在检修维护计划制定、故障早期预警及处理、备品备件管理以及风电场天气跟踪等方面的整体运维效果,适应了风能不可控、不可调的特点。该评价方法已在华能新能源公司86个风电场的在线运维评估中应用,应用结果表明该方法快捷高效,可准确评价风机、风电场及区域公司的运维水平。

宁波市鄞州区白岩山风能资源利用的实践与思考

基于绿色发展背景,对浙东沿海宁波市鄞州区白岩山2018—2020年的风速风向及风功率数据进行统计分析,结果表明,在80 m风机高度,可发电风速小时数占全年82.6%,其中未满负荷76.5%,满负荷6.1%,不可发电弱风速占17.3%。平均风速随高度基本呈指数分布,拟合指数0.244;月平均风速最大值出现在12月,最小值出现在6月,其他月份与年平均风速较为接近;因下垫面和天气系统差异,同一季节不同月份,风廓线指数存在明显差异。6月风速值在全年中相对最小,是安排时间较长的大检修最佳时间,早晨6—9时是风速值在全天中最小时段,此时间段可安排短时检修。白岩山存在显著的季节主导风向,1—2月、9—12月主导风向为偏北风,5—7月主导风向为偏南风,风机角度可较少调整,风能利用率较高,3—4月及8月主导风向较为发散,尤其是8月,作为平均风速第二大的月份,需频繁调整风机偏航角度,以尽量提高风能利用率。2018年发电总量为162.22 GW·h,年有效小时数7742 h,12月发电量最大,3月发电量次之,6月发电量和有效风时数均为全年最小。

风能及其利用

风能及其利用风是人们十分熟悉的一种自然现象。春风具有母性之柔，夏风富有催生之爱；秋风带来成熟和收获。风给人类带来温馨。然而，并不是人人都想象到风具有十分可观的能量。这种能量叫做风能。人类很早就懂得了利用风能，我国晋朝时期，在江南的湖泊上，人们利用风力...

螺旋扭曲升阻复合型垂直轴风力机气动性能分析

提出了一种新型升阻复合型垂直轴风力机。阻力型风轮是由双层典型的萨沃纽斯型风轮组成,而升力型风轮是由螺旋扭曲一定角度的达里厄NACA0018翼型风轮组成。阻力型风轮在内,升力型风轮在外,二者用传动轴和离合器相连接。在低风速时由阻力型风轮带动升力型风轮旋转,高风速时二者各自旋转,互不影响。首先,基于计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)软件对其启动及气动性能进行了仿真,分析了风轮表面的压力和风速分布。然后,分别对复合型风力机和单达里厄型风力机的启动风速和输出功率进行了测量。结果表明:复合型风力机的启动风速要小于单达里厄型的启动风速,而输出功率的差别并不大。最后,探讨了单达里厄风力机不同风速下叶尖速比与转矩系数和风能利用率的关系,确定了在叶尖速比为1.9时可将阻力型风轮和升力型风轮分离,在风速为8 m/s且叶尖速比为3时风力机的风能利用率最高,为40.6%。

永磁同步风力发电机风能追踪控制仿真研究

在风力发电系统的风能追踪控制优化,提高发电效率的研究中,由于能量转化的非线性,导致风能最大功率点无法实时准确跟踪。传统功率追踪采用叶尖速度比法和爬山法,能满足一些风况下的运行,但也存在着控制精度低以及变风速下系统参数调整导致风能利用系数的不稳定。为解决上述问题,引入内带负载的永磁同步发电机数学模型,设计了PID与反馈线性化复合控制器。复合控制器的PID参数采用粒子群寻优算法确定,能够有效跟踪电机转速从而达到对风能利用效率控制的精确性。仿真结果表明,复合控制器的控制策略对最大风能追踪具有有效性和实时性,且在变风速下风能利用系数仍然维持在较高值,为同步发电机风能优化控制设计提供参考。

基于直驱永磁风力发电系统中最大风能跟踪的实现

研究贝兹原理关于永磁同步风力发电机的最大风能跟踪理论,提出了叶尖速比控制方法。介绍风力机的数学模型,以及最佳叶尖速比控制方法,构建永磁同步风力发电机的数学模型,继而利用Matlab/Simulink软件对该模型进行仿真分析。仿真结果表明:本控制方法能快速准确地实现风能的最大跟踪。

双转子风力机气动建模与控制仿真研究

为研究双转子风力机的气动特性和风能利用率,基于NREL 5 MW和WindPACT 1.5 MW风力机转子,搭建了双转子风力机模型,并进行了功率优化控制仿真。首先,建立了双转子风力机的气动、塔影效应、传动链与发电机模型,在Matlab/Simulink中搭建了双转子风力机模型。其次,基于自由涡尾迹法(Free Vortex Wake, FVW)对双转子风力机流场进行了不同风况下的仿真计算。最后,基于模糊控制设计了双转子风力机功率控制策略,并与PID控制策略进行了比较。结果表明:与CFD相比,FVW计算的流场风速相对误差绝对值小于10%,能够快速动态计算双转子风力机的流场分布;对比不同风况,双转子风力机的风能利用率可提高约24%;模糊控制策略在双转子风力机功率动态响应和抑制功率波动方面改善明显。

几何参数对H型垂直轴风力机气动性能影响的研究

为了研究几何参数对H型垂直轴风力机(H-VAWT)空气动力学性能的影响,以最大限度的提高其风能利用率,采用NACA0015翼型作为H-VAWT的叶片,利用CFD数值模拟方法来预测H-VAWT在工作状态下的空气动力学特性,并通过与实验结果对比来验证CFD数值模拟结果的准确性与可信度。研究结果表明:叶片安装角度为-2°,叶片弦长在0.35m附近时,H-VAWT具有最优的空气动力学特性;H-VAWT在低转数运行下,3叶片且风力机半径为1.2m时,H-VAWT气动特性较好;H-VAWT在高转速运行下,2叶片且风力机半径为1.8m时,H-VAWT气动特性较好。此研究对H型垂直轴风力机叶片翼型气动外形优化设计提供参考依据,具有一定的工程应用价值。

高效低载的三维风力机叶片外形优化设计方法

常规风力机叶片的优化设计都是从二维翼型开始的,且翼型总是以升阻比最大为优化目标。然而,二维翼型的升阻比最大和三维叶片的高风能利用率与低气动载荷有本质的不同,采用以往的叶片优化方法常常会在提高风能利用率的同时,使叶片所受的气动载荷也提高。针对这一问题,提出基于多岛遗传算法和动量叶素理论,在给定风况条件下,以加权风能利用率最高与气动载荷最小为目标函数,以叶片各个截面的翼型型线及扭角作为设计变量,对三维叶片开展多目标优化方法设计研究。并对某实际NREL Phase VI叶片进行优化设计,结果表明:在给定风况下相比原叶片,优化叶片在风能利用率提升了3.06%的基础上,叶根弯矩降低了11.68%。在变转速与变风况下,优化叶片的气动效率整体提升,叶根弯矩明显降低。

基于NACA翼型的Savonius风力机叶型研究

阻力型垂直轴风力机由于其优越的环境适应性以及风向无关性等特征广泛运用于城市和乡村等低风速环境中。为提高阻力型垂直轴风力机的风能利用率,本文创新性的提出一种基于NACA翼型型线的Savonius风力机,并采用非定常数值模拟及翼型参数化研究了关键设计参数对风力机气动和流动特性的影响。结果表明:基于NACA翼型型线设计的Savonius风力机叶型不但提升了风力机的功率系数,还加宽了有效的工作范围;其中3040型风力机最佳功率系数为0.2357,高出传统Savonius风力机7.68%;基于NACA翼型的叶型能有效改善风力机流场,增大推动压差,减弱叶型分离涡,从而提高风力机的功率输出。

面向高速铁路轨道板的风力机设计与仿真分析

随着高速铁路运行安全事业的不断发展,高铁轨道两侧的监测设备供电问题成为了亟待解决的技术难关。论文设计了一种适用于高铁轨道两侧风能回收的风力机,该风力机是一种基于Savonius结构的垂直轴风能回收装置,通过建立模型进行有限元仿真,分析了风力机最佳结构配置:风力机最佳风轮叶片数量为3个,添加整流罩能够得到更高的能量回收效率,最佳整流罩长度为整体长度的二分之一,最佳整流罩倾角为15°。通过仿真分析与理论计算表明该风力机的最大风能利用率为15.1%,仿真结果基本符合理论预测。

基于PSASP的双馈风电场建模及接入电网仿真

在详细研究双馈风力发电机功率解耦控制的基础上,利用PSASP/UD模块搭建了双馈风机的稳态潮流模型以及三阶暂态模型,并基于传递函数辨识的方法及最小二乘法求解出风力发电机的5个动态等值参数。建立了3个地区的双馈大型风电场,并接入电网进行了潮流、短路容量、系统调峰能力3种稳态计算,以及短路、切机等多种故障下的暂态稳定性仿真。结果表明:基于PSASP/UD的双馈风机仿真模型合理准确,有效地模拟了大型双馈风电场的动态性能。

实度对直叶片垂直轴风力机风轮气动性能的影响分析

实度是直叶片垂直轴风力机设计的关键参数,对风力机气动性能起主导作用。分析并建立了垂直轴风力机局部流场下的力学模型,研究实度与气动性能的关系;对风力机进行了数值模拟,分析了叶片的动态力学特性,并重点研究风轮半径、弦长及叶片数量对风能利用率的影响;进行了样机实验验证了数值模拟的精度与可靠性。研究发现:实度增加,风力机在低尖速比下的启动特性得到改善,但产生高风能利用率的有效尖速比范围变小;样机实度为0.628时,2叶片和4叶片风轮的输出功率相当,但4叶片风轮的输出功率比2叶片风轮更稳定;实度参数对风能利用率贡献不同,弦长变化可提高风能利用率的峰值,而叶片数量的增加会降低风能利用率的峰值。

Savonius风机叶轮双侧外形优化设计

为了提高Savonius风机叶轮的风能利用率,本文提出一种双侧外形不同的叶轮方案,并对双侧外形参数进行优化。利用基于雷诺时均的N-S方程和SST k-ω湍流模型以及滑移网格技术建立叶轮数值仿真计算的CFD模型;同时建立风机叶轮双侧外形参数的Kriging-PSO优化模型;基于CFD和Kriging-PSO优化模型对Savonius风机叶轮双侧外形进行优化。研究结果表明:形状参数为(0. 626 8,0. 541 3)的叶轮发电效率最高(0. 284),相比于常规的Savonius叶轮的发电效率(0. 265)提高7. 17%。

垂直轴风力机主动式变桨距控制规律

针对定桨距垂直轴风力机启动能力差与风能利用率较低的问题,对主动式变桨距控制方法和规律进行研究,以达到提高风能利用率的目的。以双盘面多流管理论为基础,分析叶片的局部流场,建立风力机的数学模型,并以最大瞬时功率为目标函数设计桨距角优化程序,通过分析获得不同尖速比下的桨距角控制规律。根据CFD模型,对定桨距风力机进行数值模拟,分析不同桨距角下的气动性能;对优化后的控制规律在CFD中进行仿真研究,分析风力机的力学行为和风能利用率。研究结果表明:外偏置桨距角可以提高上盘面的气动性能且在桨距角为4°时获得最大的风能利用率;变桨距控制下的有效力矩区相比定桨距风力机增加了1倍,最大风能利用率也高达39.12%,主动式变桨距控制规律可以明显提高风力机的整体性能。

基于叶片弦长的小型H型垂直轴风机气动性能分析

针对不同弦长下的小型H型垂直轴风轮模型,建立风轮外流场CFD(Computational Fluid Dynamic)模型,采用移动网格技术,选用RNG两方程湍流模型和基于压力的隐式Couple算法进行瞬态计算,获得风轮气动性能曲线,进而分析叶片弦长对小型H型垂直轴风力机风轮气动性能的影响。

大型风力发电场选址与风力发电机优化匹配

从风能利用和风电成本两个角度出发 ,推导出风电场选址与风力机优化选型的目标函数 ,提出将风力机容量系数作为风电场选址与风力机选型的判据 ,同时给出了基于风速分布特性的风力机容量系数计算方法。通过我国云南省的 13个实际风速观测点和国内外 2 5种风力机代表机型的计算 ,给出了这些观测点的开发顺序及优化配置的风力机机型 ,并简要分析了影响风力机容量系数的主要因素。实践表明 ,这种方法物理意义明确 ,计算快捷方便 ,节省设计时间和设计工作量。

基于T-S模糊决策的PMSG风电系统广义预测控制

为提高风力发电系统在额定风速下的最大风能追踪性能,以永磁同步风力发电机(PMSG)为研究对象,采用局部等效建模方法,获得PMSG多工况运行的T-S模糊模型。以模糊规则后件作为受控自回归增量滑动平均(CARIMA)模型,采用广义预测控制(GPC)算法,对各模糊规则设计独立的GPC控制器,预测PMSG转速输出。仿真结果表明,在阶跃风速和组合风速的扰动下,基于T-S模糊决策的PMSG转速输出(如调节时间和超调量)较PI方法有明显下降,转速响应速度有大幅提高,最佳叶尖速比稳定在最优值,风能利用率显著提升。