一种风电场增容改造的风洞模拟实验装置与方法制造方法及图纸

本申请公开了一种风电场增容改造的风洞模拟实验装置与方法，包括：直流吹式风洞，所述直流吹式阵性风洞包括相连通的进气段、动力段、实验段和出气段，在所述实验段设有数排风机模型组，每排所述风机模型组包含若干个风机模型，所述风机模型包括小风机模型和大风机模型，数个小风机模型阵列排布以形成小风机模型组，数个小风机模型和数个大风机模型阵列排布以形成混合式风机模型组；本申请用来模拟在原型机1MW以下即将到期风电场中通过拔除少量小风机同时补建大风机提高风能利用效率和风电场输出功率，与现有数值模拟比较，本申请的模拟过程更接近真实自然状态，模拟结果更准确、可靠，可以更好的为即将退役风电场后续发展决策提供技术支撑。策提供技术支撑。策提供技术支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种风电场增容改造的风洞模拟实验装置与方法


[0001]本申请属于风力发电微观选址
，尤其涉及一种模拟大风机替换现有风电场小风机提高风能利用效率和风电场输出功率的风洞实验模拟方法。

技术介绍

[0002]未来我国以风电为代表的清洁能源将迎来爆发式增长阶段，将极大的改善我国电力发展结构和降低碳排放总量。经过几十年的快速发展和建设，使得目前我国陆地优质风电资源基本已经选建完毕，为后续陆上风电选址带来较大困难和不确定性，同时现有二十年以上老旧风电场面临退役和机组容量低的问题。
[0003]利用现有老旧风电场场区，拔除部分现有小风电机组，替换为单机功率更大的先进风电机，从而提高风电场整体装机容量和风能利用率，从而提高风电场整体输出功率是解决目前陆上风电无优质风电资源问题的好方法，同时解决了老旧风电场退役问题。国内外目前对于该方法的研究尚处于起步阶段，研究手段通常为数值模拟，其模拟结果误差较大，仅可供参考。目前尚无一种较理想方法可以较准确模拟大风机间替换现有小风机对风电场输出功率的影响。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本申请实施例提供了一种风电场增容改造的风洞模拟实验装置与方法，可规避传统数值模拟带来的误差较大问题，所述技术方案如下：
[0005]本申请第一方面提供一种风电场增容改造的风洞模拟实验装置，包括：直流吹式风洞，所述直流吹式风洞包括相连通的进气段、动力段、实验段和出气段，在所述进气段设有进气口，在所述出气段设有排气口，在所述动力段设有风洞电机和风洞风机；其中，在所述实验段设有数排风机模型组，每排所述风机模型组包含若干个风机模型，所述风机模型包括小风机模型和大风机模型，数个小风机模型阵列排布以形成小风机模型组，数个小风机模型和数个大风机模型阵列排布以形成混合式风机模型组；本申请用来模拟在原型机1MW以下即将到期风电场中通过拔除少量小风机同时补建大风机提高风能利用效率和风电场输出功率，与现有数值模拟比较，本申请的模拟过程更接近真实自然状态，模拟结果更准确、可靠，可以更好的为即将退役风电场后续发展决策提供技术支撑。
[0006]例如，在一个实施例提供的所述风电场增容改造的风洞模拟实验装置中，所述直流吹式风洞内的气流穿过所述实验段并带动所述风机模型转动，所述风机模型的叶片转动带动发电机实现动能到电能转换。
[0007]例如，在一个实施例提供的所述风电场增容改造的风洞模拟实验装置中，在所述实验段内还设有数个风机转速计数器，当所述风机模型组为所述小风机模型组时，所述风机转速计数器与所述小风机模型组连接，以测定所述小风机模型组的转速；当所述风机模型组为所述混合式风机模型组时，每一个所述大风机模型与一所述风机转速计数器一一对应连接，以测定所述大风机模型的转速，每一个所述小风机模型与一所述风机转速计数器
一一对应连接，以测定所述小风机模型的转速。
[0008]例如，在一个实施例提供的所述风电场增容改造的风洞模拟实验装置中，所述实验段还包括操控间，在所述操控间内设有操作台，所述操作台控制所述实验段风速和所述风机模型组的风机转速；在所述操控间内还设有数个风机功率显示与存储器，每一所述风机功率显示与存储器与所述实验段内的每一所述风机模型一一对应连接。
[0009]例如，在一个实施例提供的所述风电场增容改造的风洞模拟实验装置中，在所述实验段设有五排所述风机模型组，且每一排所述风机模型组包括四个风机模型，五排所述风机模型组分别为第一风机模型组、第二风机模型组、第三风机模型组、第四风机模型组和第五风机模型组。
[0010]例如，在一个实施例提供的所述风电场增容改造的风洞模拟实验装置中，五排所述风机模型组均为所述小风机模型组，或五排所述风机模型组中至少一排为所述混合式风机模型组。
[0011]例如，在一个实施例提供的所述风电场增容改造的风洞模拟实验装置中，五排所述风机模型组等间距排布，且相邻两排所述风机模型组之间的间距为所述小风机模型的叶片直径的8
‑
10倍。
[0012]例如，在一个实施例提供的所述风电场增容改造的风洞模拟实验装置中，所述小风机模型和所述大风机模型均为三叶片水平轴风机。
[0013]例如，在一个实施例提供的所述风电场增容改造的风洞模拟实验装置中，所述大风机模型最大功率为200W，所述大风机模型的原型机为功率为4.2MW的风机，所述小风机模型最大功率为40W，所述小风机模型的原型机为功率为850KW风机。
[0014]本申请第二方面提供一种风电场增容改造的风洞模拟实验方法，采用上述所述的风电场增容改造的风洞模拟实验装置，具体包括以下步骤：
[0015]步骤一：所述实验段包含五排所述风机模型组，分别为第一风机模型组、第二风机模型组、第三风机模型组、第四风机模型组和第五风机模型组，每一排所述风机模型组包括四个风机模型，共计二十个风机模型，将五排所述风机模型组均设置为小风机模型组，即二十个小风机模型，启动所述直流吹式风洞的控制电源开关，启动所述风洞电机和所述风洞风机，逐步提高所述风洞电机功率和所述风洞风机转速使所述直流吹式风洞内的风速达到11m/s；开启与所述小风机模型对应连接的所述风机转速计数器，启动五排所述小风机模型组；
[0016]步骤二：待风速及所述小风机模型转速稳定后，启动所述风机功率显示与存储器，记录各所述小风机模型以及风电场整体输出功率A，数据存储在所述风机功率显示与存储器内，试验测试时间为20分钟；
[0017]步骤三：关闭所述风机功率显示与存储器，关闭五排所述小风机模型组，关闭与各所述小风机模型对应连接的所述风机转速计数器，逐步关闭所述风洞电机和所述风洞风机，关闭所述直流吹式风洞的风洞控制电源开关；
[0018]步骤四：根据数值模拟优选结果，任选所述二十个小风机模型中的若干个更换为大风机模型；
[0019]步骤五：再次启动所述直流吹式风洞的控制电源开关，启动所述风洞电机和所述风洞风机，逐步提高所述风洞电机功率和所述风洞风机转速使所述直流吹式风洞内的风速
达到11m/s；开启与所述小风机模型、所述大风机模型对应连接的所述风机转速计数器，启动五排所述风机模型组；
[0020]步骤六：待风速、风机转速稳定后，启动所述风机功率显示与存储器，记录各所述风机模型以及风电场整体输出功率B1，数据存储在所述风机功率显示与存储器内，试验测试时间为20分钟；
[0021]步骤七：提高所述直流吹式风洞内的风速达到13m/s，记录各所述风机模型以及风电场整体输出功率C1，数据存储在所述风机功率显示与存储器内，试验测试时间为20分钟；
[0022]步骤八：关闭所述风机功率显示与存储器，关闭所述风机模型组，关闭与各所述风机模型对应连接的所述风机转速计数器，逐步关闭所述风洞电机和所述风洞风机，关闭所述直流吹式风洞的风洞控制电源开关；
[0023]步骤九：再次选取不同位置处的小风机模型更换为大风机模型，重复所述步骤四至所述步骤八，调整大风机模型替换位置方案，获取本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风电场增容改造的风洞模拟实验装置，其特征在于，包括：直流吹式风洞，所述直流吹式风洞包括相连通的进气段、动力段、实验段和出气段，在所述进气段设有进气口，在所述出气段设有排气口，在所述动力段设有风洞电机和风洞风机；其中，在所述实验段设有数排风机模型组，每排所述风机模型组包含若干个风机模型，所述风机模型包括小风机模型和大风机模型，数个小风机模型阵列排布以形成小风机模型组，数个小风机模型和数个大风机模型阵列排布以形成混合式风机模型组。2.根据权利要求1所述的风电场增容改造的风洞模拟实验装置，其特征在于，所述直流吹式风洞内的气流穿过所述实验段并带动所述风机模型转动，所述风机模型的叶片转动带动发电机实现动能到电能转换。3.根据权利要求1所述的风电场增容改造的风洞模拟实验装置，其特征在于，在所述实验段内还设有数个风机转速计数器，当所述风机模型组为所述小风机模型组时，所述风机转速计数器与所述小风机模型组连接，以测定所述小风机模型组的转速；当所述风机模型组为所述混合式风机模型组时，每一个所述大风机模型与一所述风机转速计数器一一对应连接，以测定所述大风机模型的转速，每一个所述小风机模型与一所述风机转速计数器一一对应连接，以测定所述小风机模型的转速。4.根据权利要求1所述的风电场增容改造的风洞模拟实验装置，其特征在于，所述实验段还包括操控间，在所述操控间内设有操作台，所述操作台控制所述实验段风速和所述风机模型组的风机转速；在所述操控间内还设有数个风机功率显示与存储器，每一所述风机功率显示与存储器与所述实验段内的每一所述风机模型一一对应连接。5.根据权利要求1所述的风电场增容改造的风洞模拟实验装置，其特征在于，在所述实验段设有五排所述风机模型组，且每一排所述风机模型组包括四个风机模型，五排所述风机模型组分别为第一风机模型组、第二风机模型组、第三风机模型组、第四风机模型组和第五风机模型组。6.根据权利要求5所述的风电场增容改造的风洞模拟实验装置，其特征在于，五排所述风机模型组均为所述小风机模型组，或五排所述风机模型组中至少一排为所述混合式风机模型组。7.根据权利要求5所述的风电场增容改造的风洞模拟实验装置，其特征在于，五排所述风机模型组等间距排布，且相邻两排所述风机模型组之间的间距为所述小风机模型的叶片直径的8
‑
10倍。8.根据权利要求1所述的风电场增容改造的风洞模拟实验装置，其特征在于，所述小风机模型和所述大风机模型均为三叶片水平轴风机。9.根据权利要求1所述的风电场增容改造的风洞模拟实验装置，其特征在于，所述大风机模型最大功率为200W，所述大风机模型的原型机为功率为4.2MW的风机，所述小风机模...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵秀勇，张杰，田文鑫，张立栋，王圣，万嘉伟，王杰，柯世堂，
申请(专利权)人：国电环境保护研究院有限公司，
类型：发明
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