H型垂直轴风力发电机气动分析方法及运行规律研究

以计算流体力学为基础,对H型垂直轴风力发电机采用二维数值计算与三维数值计算并通过实验测试验证,分析垂直轴风力发电机风轮的流场规律,比较二维数值计算方法和三维数值计算方法的差异,并研究垂直轴风力发电机叶片弦长、风轮半径以及风轮叶片数量对风轮能量获取的影响。结果表明:垂直轴风力发电机3个叶片提供的转矩呈明显的周期性,风轮内部流场复杂,伴随着漩涡的脱落与重新黏附,流过风轮区域后,风速降低,风能被大量吸收;数值计算结果虽与实验测试结果存在差异,但二维数值模拟可反映流场一般规律且成本低,三维数值模拟可精确模拟流场特性,且与实验结果匹配度高但成本也高;叶片弦长、风轮半径及叶片数量对风轮的能量获取有重要影响。

独立变桨控制对大功率风力发电机受载的影响

以大功率风力发电机组为研究对象,采用线性叶素动量理论将叶片拍打方向的相对风速变化转换为叶片所受的力和力矩(叶根拍打方向和挥舞方向的力矩)的变化。通过Coleman变换进行转换,建立系统状态空间方程。对其进行独立变桨控制设计理论研究,采用MATLAB/SIMULINK实现控制器的编程,分析结果与统一变桨比较表明:独立变桨距控制比统一变桨距控制具有更好的减载效果,更适合大型风力发电机组。通过独立变桨,可以降低风力发电机的载荷,减少维护费用,延长风机的使用寿命。

带有挡流板的垂直轴风力发电机性能优化研究

为提高风力机的风能利用系数,并为垂直轴风力机优化设计提供方法,提出一种针对垂直轴风力发电机气动性能提升的结构改进方案,即在2台转向相反的H型垂直轴风力发电机的上游区域放置一块挡流板,研究挡流板各参数对2台垂直轴风力发电机能量获取的影响,结果表明：挡流板宽度对风能的获取影响最敏感,而挡流板到两台风力机轴之间的距离以及大于风轮高度的挡流板高度对垂直轴风力发电机风能的获取始终为正面影响,选择合适导流板参数下的最大风能利用系数为0.45,与无挡流板时相比提升了36%。

独立变桨控制下的风力机齿轮箱动力学仿真分析

针对大型风电机组齿轮箱动态载荷问题,以多体动力学理论为基础建立风力机齿轮箱动力学模型,研究系统的独立变桨控制技术,提出线性二次高斯控制（LQG）独立变桨控制策略,建立LQG控制器,利用SIMPACK软件与Matlab/Simulink进行联合仿真,计算在仿真风速下的风力机齿轮箱载荷变化情况,计算并比较在不同风速、不同控制方式下风力机齿轮箱齿轮和轴承所受的动态载荷。计算结果表明,相对于统一变桨,独立变桨控制能更好地降低齿轮箱内部载荷波动,从而降低风力机齿轮箱齿轮和轴承的疲劳载荷。