一种低风速风电机组风轮智能优化设计方法技术

本发明专利技术公开了一种低风速风电机组风轮智能优化设计方法，包括：选取叶片气动外形参数为优化变量，根据变量值得叶片气动外形，计算叶片功率系数和推力系数，并对Cpmax和Ctr进行约束；再选取结构铺层设计参数为优化变量，计算得叶片各截面的质量中心、刚度分布、惯量结构性能，结合气动外形数据，形成叶片模型；再将叶片模型加到整机模型中，计算整机年发电量；还计算动态载荷并统计，得叶根最大极限载荷、疲劳载荷及叶片净空，对叶片净空进行约束；最后选取各优化变量的合理范围，以年发电量最大和叶根载荷最小为优化目标，寻找叶片设计最优解。本发明专利技术优化后的叶片能保证结构强度，使年发电量增大，叶根载荷减小，叶片增效降本，更具有竞争力。

【技术实现步骤摘要】
一种低风速风电机组风轮智能优化设计方法
本专利技术涉及风电机组风轮设计
，特别是涉及一种低风速风电机组风轮智能优化设计方法。
技术介绍
随着中东南部低风速风电市场快速发展，以及竞价上网对风电机组成本竞争更加激烈，对低风速风电机组性能、安全稳定性和经济性的要求不断提高，其中对于风轮叶片的优化设计尤为重要。现有专利申请(CN106894947)中公开了一种低风速变速变桨风力机叶片优化设计方法。该专利技术申请以低风速条件下年发电量最大和材料成本最低为目标，通过寻优算法计算叶片每个截面的弦长和扭角的最优解。该方法优化变量少，只有弦长和扭角；并且仅通过面积来预估材料的用量和叶片的重量，与实际结构设计存在较大差别；也没有考虑叶片本身的安全性。专利申请(CN102332043)中公开了一种基于结构尺寸参数优化的水平轴风力机叶片的优化设计方法。以分段处梁帽的厚度与弦向宽度、以及腹板厚度为优化变量，以叶片重量为优化目标，并考虑了叶片刚度、强度、动力特性，但是采用确定的叶片气动外形参数对结构优化带来了很大的限制，需要迭代寻优。还有，专利申请(CN106777525)中公开了一种考虑设计叶尖速比对风本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低风速风电机组风轮智能优化设计方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)从风电机组风轮的气动外形设计参数中选取优化变量，选取的气动外形优化变量包括风轮直径、弦长、扭角、厚度分布和预弯曲线，各气动外形优化变量均选取多个控制点作为优化变量；(2)根据所述步骤(1)中选取的气动外形优化变量值得到叶片气动外形，进行气动性能的计算，得到叶片功率系数Cp和推力系数Ct，并对叶片最大功率系数Cpmax和额定推力系数Ctr进行约束，获得满足叶片最大功率系数Cpmax和额定推力系数Ctr约束条件的设计点；(3)从风电机组风轮的结构铺层设计参数中选取优化变量，选取的结构铺层优化变量包括主梁、附梁和叶根...

【技术特征摘要】
1.一种低风速风电机组风轮智能优化设计方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)从风电机组风轮的气动外形设计参数中选取优化变量，选取的气动外形优化变量包括风轮直径、弦长、扭角、厚度分布和预弯曲线，各气动外形优化变量均选取多个控制点作为优化变量；(2)根据所述步骤(1)中选取的气动外形优化变量值得到叶片气动外形，进行气动性能的计算，得到叶片功率系数Cp和推力系数Ct，并对叶片最大功率系数Cpmax和额定推力系数Ctr进行约束，获得满足叶片最大功率系数Cpmax和额定推力系数Ctr约束条件的设计点；(3)从风电机组风轮的结构铺层设计参数中选取优化变量，选取的结构铺层优化变量包括主梁、附梁和叶根斜角布铺层厚度分布，根据已有叶片设计经验进行曲线拟合，在此基础上，各结构铺层优化变量均选取多个控制点作为优化变量；(4)由所述步骤(3)中选取的结构铺层优化变量值计算叶片结构铺层分布，得到所述叶片各截面的质量中心、刚度分布、惯量结构性能，再结合所述步骤(2)得到的气动外形性能数据，形成完整的叶片模型；(5)将所述步骤(4)得到的叶片模型加入到风电机组的整机模型中，计算所述风电机组的年发电量，以所述风电机组的年发电量作为优化目标之一；(6)选取典型工况进行动态载荷计算，对动态载荷计算结果进行统计，得到叶根的最大极限载荷、疲劳载荷以及叶片净空，对叶片净空进行约束，获得满足叶片净空约束条件的设计点；(7)对上述步骤中选取的每个优化变量选取合理的变量范围，以年发电量最大和叶根载荷最小为优化目标，通过多目标优化方法，寻找Pareto解，再结合所述风电机组的整机设计，得到最优的叶片设计。2.根据权利要求1所述的低风速风电机组风轮优化设计方法，其特征在于，所述步骤(1)中所述弦长和扭角分布以高阶贝塞尔曲线来定义，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：褚景春，袁凌，李媛，潘磊，王小虎，宁红超，
申请(专利权)人：国电联合动力技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11