雷暴过程中大型风电机组临域空间离子流场计算方法技术

本发明专利技术属于风力发电防雷技术领域，特别是涉及一种雷击旋转风机邻域空间离子流场计算方法。考虑传统风机叶片雷击分析方法忽略风机旋转的情况，本发明专利技术提出了一种雷击旋转风机电晕放电离子分布数值计算方法，该方法首先建立风电机组几何模型和计算空间；建立风电机组领域空间带电粒子全流体模型，输入参数及边界条件；建立旋转计算域并进行网格剖分；迭代计算电量参数及离子数密度；最后计算雷击旋转风机邻域空间离子分布，绘制不同姿态下风机附近电势分布图以及电荷密度分布图。本发明专利技术可计算旋转情况下风机邻域带电粒子及电场分布情况，为分析空间电荷分布对先导发展的影响提供理论基础，进一步为风机叶片防雷系统设计、评估提供理论分析方法。供理论分析方法。

【技术实现步骤摘要】
雷暴过程中大型风电机组临域空间离子流场计算方法


[0001]本专利技术属于风力发电防雷
，特别是涉及一种雷击旋转风机邻域空间离子流场计算方法。

技术介绍

[0002]近年来风力发电在全球范围内大规模发展，中国的风力发电增幅尤其迅速。截至2020年底，我国风电装机已超过230GW，位居世界第一。然而，由于雷击事故频发，近年来风电机组的雷电防护问题引起了广泛关注，成为防雷领域的热点问题。风电机组多位于空旷内陆或沿海地带，随着单机容量的不断增大，风机塔筒超过80米，叶片长度也在50米以上，实际运行经验表明，风电机组尤其是风机叶片极易遭受雷击损伤。若风机遭受雷击，雷电放电释放出的巨大能量可能对风电机组的桨叶、传动装置、发变电设备和控制系统造成严重破坏，甚至导致机组停运。除修复期间的发电损失外，还带来受损部件拆装和更新的巨大费用。
[0003]针对风电机组的雷电防护问题，风电机组制造中会在叶片上安装较为完善的雷电接闪系统。然而，根据现场观测数据，叶片雷击事故仍然频繁发生。据中国农机工业协会风能设备分会数据统计，全国风电场每年因雷击造成的叶片本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种雷击旋转风机邻域空间离子流场计算方法，其特征在于，包含以下步骤：S1、建立带电粒子全流体模型，参数输入及边界条件设定；S2、叶轮旋转域的建立及网格剖分；S3、电量参数及带电粒子密度迭代计算；S4、判断是否满足Kaptzov假设，若满足，则跳到下一时间步长，否则返回步骤S3；S5、求解带电粒子时空分布, 得到电势和电荷密度分布图；所述步骤S1中，带电粒子全流体模型基于多组分漂移扩散方程建立，所述的多组分漂移扩散方程为：移扩散方程为：移扩散方程为：移扩散方程为：移扩散方程为：式中：n
+
为正极性带电粒子，N
+
为正极性气溶胶粒子，n
‑
为负极性带电粒子，N
‑
为负极性气溶胶粒子，N0为大气中性气溶胶粒子；为扩散系数；为正带电粒子迁移率；为正极性气溶胶离子迁移率；为负带电粒子迁移率；为负极性气溶胶离子迁移率；为正带电粒子与负极性气溶胶离子的附着系数；为正带电粒子与中性粒子的附着系数；为负带电粒子与正极性气溶胶离子的附着系数；为负带电粒子与中性粒子的附着系数；为空间电场强度，由泊松方程定义;所述的泊松方程为：式中，为空间电位，e为元电荷，为真空介电常数;所述的带电粒子全流体模型，通过有限元方法求解;所述步骤S1中，所述的参数输入及边界条件设定中，风机模型按照实际运行的风电机组几何尺寸建立，计算求解边界应远大于风机模型尺寸，从而避免尺度效应的影响；在求解区域中，设定正极性带电粒子n
+
，正极性气溶胶粒子N
+
，负极性带电粒子n
‑
，负极性气溶胶粒子N
‑
的初值为0；大气中性气溶胶粒子N0的初值可根据晴天大气环境确定；在泊松方程求解域中，设定上边界为Di...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵继尧，李庆民，于万水，郭小江，申旭晖，孙财新，潘霄峰，
申请(专利权)人：华能集团技术创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：