基于Copula函数的叶片载荷相关性研究及预测分析

针对风速与叶片载荷的相关性,建立风速-载荷的Copula函数模型,提出一种基于Copula函数的预测方法并对叶片载荷进行预测。通过中小型变桨风力机风洞试验的载荷数据进行相关性建模并进行拟合优度检验,同时通过预测模型对载荷做出预测,采用显著性检验验证了预测效果的有效性。以1.5 kW风力机叶片载荷试验数据为例对所提方法验证,结果表明:在准确分析风速和叶片载荷相关性的基础上,采用Copula函数建立的预测模型能有效预测叶片载荷。

基于片条理论的伞形风力机叶片参数优化

针对伞形风力机输出特性方面的不足,结合伞形风力机结构的特点,提出收缩角影响因子,并以片条理论为基础构建数学模型,利用MATLAB软件在全年风速为8m/s的风场下以年发电量最大为优化目标,对伞形风力机叶片的弦长、扭角参数进行全局优化。为保证功率计算的准确性,通过CFD的大涡模拟进行功率计算,并将优化结果与原叶片进行比较。结果表明:该方法设计的叶片具有良好的输出特性,在低风速区优化效果显著。在年发电量上优势明显,较原叶片年发电量增加13%。

基于HOMER仿真的风光储互补发电系统容量优化配置研究

以系统总成本最小为目标函数,基于可再生能源发电混合系统优化仿真软件(Hybrid Optimization Model for Electric Renewables,HOMER),针对某工业园区的风光资源数据和负荷情况,进行了设备成本和参数设定。在获得的配置方案中,对比分析了并网型风光储、风光互补以及风储、光储发电系统的优化配置方案,分析其弃电率和经济性,验证了风光储系统的优越性,最终得到并网型风光储互补发电系统总净现成本最小的配置,并对其各设备的年发电量、系统可靠性及经济性进行了分析,可为可再生能源多能互补微电网风光储系统容量优化配置的研究提供参考。

基于静力学分析的新型变桨风力机关键齿轮参数优化

以新型变桨风力机为研究对象,针对其变桨调节机构的齿轮齿条构件,进行了轻量化的优化设计。通过有限元分析,得到不同桨距角下的叶片扭矩以及传动杆推力,并采用风洞试验方法对传动杆推力进行验证,确定齿轮优化的初始载荷条件。基于SolidWorks软件对齿轮齿条构件参数化建模,以质量、齿根弯曲强度、齿面接触强度为优化目标,模数、齿数、齿宽为设计变量,建立了响应面模型,采用多目标遗传算法(MOGA)进行优化设计。优化结果表明:优化后齿轮齿条构件质量减轻43%,齿根弯曲应力增加23%,齿面接触应力减小17%,优化使该风力机变桨调节机构设计更为合理。

一种新型变桨风力机风洞实验研究

介绍一种可应用于小型风力机的新型变桨调节装置,为验证其高风速运行的可行性,同时分析桨距角对小型风力机输出功率的影响特性,保持恒功率输出时的桨距角控制规律及变桨机构所受实际载荷大小,制造样机模型进行风洞实验。实验结果表明:在5~20 m/s的测试风速范围内新型变桨风力机运行安全可靠;6°桨距角时风力机输出性能最佳,无论桨距角增大或减小,输出性能均有所降低;风速一定时,风力机输出功率随桨距角的增大呈近似线性减小的趋势,且风速越大桨距角变化对输出功率的影响越显著;得出风力机输出功率控制在约1400 W时的桨距角、风速关系式;保持恒功率输出时,通过桨距角调节可使变桨距风力机推杆载荷较定桨距风力机明显降低。

伞形风力发电机伞形机构的设计与实验验证

以1kW伞形风力发电机为例,介绍伞形机构的设计计算与实验验证。计算结果表明,该风力发电机所选连杆与撑杆均满足应力要求与稳定性要求;当收缩角为16°时,伞形机构所需推力最大。实验部分分别测试了风轮完全展开和风轮收缩角为30°时的功率输出特性。实验表明,两种状况下实测输出功率与理论预测值基本相符,初步验证伞形机构对功率输出有较好的调节作用。

1kW伞形风力发电机的设计与试验研究

功率调节是风力发电的关键技术之一,是保证风力发电机长期安全稳定运行的重要条件。伞形风力发电机是一种带有伞形功率调节机构的下风向风力发电机,叶片可做伞形收放动作。当风速超过额定风速时,伞形风力发电机可通过自身的调节机构,改变叶片的收缩角,使风轮扫掠面积减小,从而控制风力发电机功率输出,保证风力发电机的输出功率在额定值附近。后期试验证明,伞形风力发电机对功率输出有较好的调节作用。伞形风力发电机结构相对简单,对多变性天气适应能力较强,有广阔的应用前景。

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。

小型风力发电机的功率控制方法

将风力发电机叶片的功率-转速特性曲线划分为峰前、峰值和峰后3个区域。根据在各种风速下风力发电机叶片与电机的功率匹配特性,提出一种小型风力发电机的功率控制新方法;通过300 W/24 V风力发电机的设计和测试,验证了此功率控制方法的正确性和可行性。

伞形风力机功率输出特性的试验研究

介绍了伞形调节机构的组成和工作原理,对下风向风力机受到的塔影效应进行理论分析,并利用风洞对伞形调节机构进行稳态风试验.试验验证了5 k W伞形风力机和伞形调节机构设计的合理性与实用性;得到了受塔影效应较为严重的60.0°收缩角时的功率特性曲线,并分析了不同功率特性曲线现象发生的原因;发现了风轮收缩角为50.0°~62.0°,风速为13.5~17.0 m/s伞形风力机功率输出特性曲线出现衰减现象;提出了在伞形风力机叶片中心附近增加不同数量和不同形状导流板的假设,从而减小功率衰减现象对伞形风力机在应对复杂气候条件下功率输出的影响.试验可以为风力机设计人员提供很好的参考价值,并且对复杂气候条件下风力发电技术的应用研究具有理论和工程应用价值.

小型风力发电机组优化控制策略与实验研究

提出一种小型风力发电机组功率的优化控制策略。根据选定的300 W/24 V永磁发电机,使用Wilson叶片设计计算模型,应用MATLAB语言设计了300 W风机叶片;并针对现有风机控制系统中将控制器的设计与叶片、电机的匹配特性彼此孤立、分离的现象,设计出与风力发电机的电机、叶片相互匹配的控制器。在风洞试验中测试了样机在8、10、12、15 m/s等风速一定条件下,功率随系统电压的变化规律,当降低系统电压时,风机输出功率会一直下降,在此过程中并没有出现功率增加的现象,也就充分证明了工作在峰前区域的风力发电机,当风速大于额定风速时,控制系统可以通过减小接入系统的负载电阻值来控制其功率。这对研究小型风力发电系统的可控性、可靠性和耐久性有一定的指导意义和实用价值。

基于WAsP对中小型风电测试场最优布置方案的研究

利用WAsP软件统计分析某中小型风电测试场的全年风资源数据,得到测试场全年风向玫瑰图和风速频率分布图,依据该分布图初步制定机位布置方案,并按照布置方案对测试场6台被测风力发电机组进行实地布置并开展6个月的功率测试,然后将实测数据导入WAsP软件中,结合测试场基本情况计算出尾流损失结果,并与基于测试场不同季节风向玫瑰图制定的不同机位布置方案的模拟结果进行对比。

收缩角对伞形风力发电机应力应变特性的影响研究

运用单向流固耦合分析方法，采用Ansys Workbench中的Static Structural模块对伞形风力机整机进行静力学分析。研究其结构上的最大应力应变值及分布集中情况，并分析收缩角、风速和转速等不同变量对伞形风力机的应力应变的影响。分析结果表明：当收缩角度为45°时，应力应变值均达到最大，称之为最大应力收缩角。当伞形风轮转速一定时，最大应力应变出现位置只和收缩角有关。通过数值模拟分析对伞形风力机危险区域进行刚度和强度校核，验证伞形风力机收缩时的安全性与可靠性，为风力发电机系统优化设计提供参考。

粗糙壁面影响下风力机翼型气动特性分析

风力机长期运行状态下易出现翼型表面粗糙度增大的情况,对其气动性能产生一定影响。为了探究粗糙壁面对翼型气动特性的影响,基于壁面函数分布律修正实现粗糙壁面条件计算,通过CFD数值计算方法,针对壁面光滑条件及粗糙条件进行翼型气动特性计算。结果表明,与壁面光滑条件相比,粗糙条件下翼型升力系数降低,失速攻角提前,阻力系数增大,升阻比大幅下降,最优攻角提前,翼型气动性能整体下降。

1kW户用风力发电机的叶片设计及试验

采用Wilson叶片优化设计模型系统地设计了1 kW户用风力发电机叶片。采用新型虚拟仪器测试平台,对装有叶片模型的1 kW户用风力发电机的运行参数进行采集、分析、处理,为风力发电机叶片的进一步优化设计提供了重要的科学依据和实践经验。

可变偏心距风力机功率调节方法实验验证

分析可变偏心距风力机工作机理,给出偏转角与偏心距以及来流风速之间的关系,推导风轮侧偏状态下风轮和尾翼受力及力矩公式,并分析风轮侧偏过程中失速效应及陀螺力矩的影响。通过对1.5 kW水平轴可变偏心距风力机测试样机进行风洞实验,验证可变偏心距风力机在超额定风速工况下可通过调节偏心距使风轮发生侧偏,有效降低风能利用率,当风速升到15 m/s时,左、右偏心工况下对应的风能利用系数可分别降至0.190和0.193,在这过程中功率调控误差不超过10%。结果证明了变偏心距功率调节方法的可行性,可为该调节方式进一步电控部分的设计以及成品的研制方面奠定理论和实验基础。

不同收缩角下伞形风力机振动特性试验研究

为验证伞形风力机在实际运行过程中的结构安全性,对5 kW伞形风力发电机的测试样机进行振动试验,研究风速及收缩角对伞形风力机振动特性的影响。分析结果表明:45°及60°收缩角下,由于叶片气动弹性及惯性作用,塔筒不同高度垂直径向振幅在5~7 m/s风速段内出现突增,随着风速增大,叶片转速增大,振幅出现下降趋势。由于叶片在收缩角增大过程中逐渐靠近中心涡,塔筒不同高度水平径向振幅随之增大。对比分析塔筒垂直径向与水平径向振动加速度幅值可知,塔筒主要体现为水平径向弯振。发电机垂直径向振动加速度在45°收缩角下达到峰值,其振动能量主要分布在2.335 Hz。依据VDI-3834对振动特性分析结果进行评估,分析发现,塔筒振动速率及发电机振动幅值均小于警告阀值,验证了伞形风力发电机结构安全性。

风力发电机组性能测试中风速有效扇区计算方法的研究

风速有效扇区的确定是风力发电机组性能测试过程中必不可少的准备环节。剔除受障碍物影响的无效扇区风数据,保留能准确反映风机正常运行有效扇区的风数据,是保证风电机组性能测试及分析准确性的重要步骤。本文首先利用WASP OWC Wizard工具对东营测试场一年的风数据进行处理分析,得到当地风谱图;依照IEC61400—12—1标准要求,通过分析风谱图确定年主风向,从而确定测试场各个风电机组对应测风塔的安装方位;最后通过分析风电机组对应测风塔的安装位置及风电机组20D范围内障碍物的布置情况来确定测试场各个测风塔的风速有效扇区。此方法符合国际标准IEC61400—12—1的步骤要求,并应用于东营测试场风速有效扇区的计算上,为之后的数据处理提供依据,具有工程应用价值。

不同收缩角下伞形风力发电机的模态分析

为了真实反映出伞形风力发电机在不同风速、不同收缩角(0°,30°,45°,60°)下的振动情况,借助ANSYS平台中的Modal模块对5 kW伞形风力发电机进行有预应力的模态分析.将气动力、离心力、重力作为边界条件,模拟计算伞形风力发电机整机的前六阶模态变化与相应形变,并对整机在定风速和定转速情况下,一阶模态固有频率随收缩角的变化规律进行研究.分析结果显示,伞形风力发电机的固有频率和风轮工作频率、风轮3倍工作频率的相对差值分别为57. 2%,-90. 5%,可以完全避开共振,其设计是合理的;随着收缩角的增大,一阶固有频率减小,且转速对一阶固有频率的影响程度比风速大;摆振是低频区的主要振动形式,挥舞和扭转振动多出现在高频区;随着风速增大,风力机的前六阶模态频率变化平稳,但随转速的增加,上升幅度明显,而且离心力比气动力对风力机的动频影响作用更大.

小型水平轴可变偏心距风力机输出特性分析

由于机械强度和发电机容量等限制,当超过额定风速后小型风力机的输出功率值会不断增大,因此需要采取有效措施控制输出功率。设计了一种具有功率调节功能的水平轴可变偏心距风力机,并对单台1.5 kW可变偏心距风力机样机进行了流场数值模拟及风洞试验。研究结果表明:随着偏心距的增大风轮内外表面最大压力向一侧集中分布,风力机后方速度的亏损程度逐渐降低;当超过额定风速12 m/s后,风力机发生左右偏心可使输出功率值减小,当风速为15 m/s、偏心距为75 mm时,左右偏心所对应的最低输出功率分别为1353 W和1539 W,调控误差分别为9.8%和2.6%。上述结果充分验证了可变偏心距风力机功率控制的可行性,同时也为风力机电控系统的设计提供了理论及试验依据。