小型风力发电机性能测试方法及其专用测试平台技术

本发明专利技术公开了一种小型风力发电机性能测试方法及其专用测试平台，其方法包括建立新型发电机数学模型，并将其制为软件模块和发电机属性参数一起预设入工控机内，设计一可控制的人造风源并在出风口得到连续变化的模拟自然风速，在出风口设置一风速计检测风速信号并输入到工控机内经计算得到发电机性能理论曲线图，再将待检测发电机设置于出风口采集其性能数据输入工控机得到其发电机性能实际曲线图，两者相比较从而判断发电机性能是否符合要求。本发明专利技术能方便技术人员检测分析研究小型风力发电机工作状况以对其进行优化设计，其中采用的风力发电机的新型数学模型，能够使分析结果更加精确、可靠。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种小型风力发电机性能的测试方法及其专用测试平台。
技术介绍
小型风力发电机是主要适用于在远离电网的边远地区，如草原牧区、山区、海岛等地 区的一种发电设备。在这些地区架设输电线路非常困难，用电成本也很高；同时，这些地 区往往存在比较大的风力资源，特别适合小型户用型风力发电机的使用。小型风力发电机 在设计时需要对其进行性能测试，研究分析其输出功率与风速之间的对应关系，再根据测 试结果对发电机进行优化和改进。但是，现有技术中并没有专门设计的小型风力发电机测 试平台，对于小型风力发电机，技术人员往往是将其直接投入生产，然后跟踪其实际工作 过程，发现问题后再回头重新改进设计，即便是针对一些大型的风力发电机，也常常是将 其放入自然界中风力强的地方进行实际测试，并没有进行模拟测试的方法，这就会受到自 然条件的限制。所以如何开发出一种小型风力发电机性能测试方法和相应的测试平台，以方便研究分 析其实际工作状况并对其性能进行优化，就成为本行业内亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是为了克服上述现有技术的不足而提供一种可方便技术 人员研究分析小型风力发电机工作状况以对其进行优化设计的小型风力发电机性能测试 方法和相应的测试平台。为解决上述技术问题，专利技术人采用了如下的技术方案 一种小型风力发电机性能测试方法，其特点在于包括以下步骤a、 建立风力发电机的数学模型、经计算得到风力发电机特性方程，制得相应软件模 块并将其预设入工控机内；b、 将待测试小型风力发电机属性参数，包括叶片几何尺寸、翼型升阻力系数、叶片说 安装位置、传动系统传动比、电机参数、塔架高度，还包括风速变化情况参数、风力发电 系统控制参数等等，预输入工控机；C、设计一包括通风机和风道的人造风源；d、 使用变频器调节控制通风机转速，在风道的出风口得到连续变化的模拟自然风速;e、 在出风口设置一风速计检测此连续变化的风速信号，并使用数据采集卡将其转化 为连续变化的数字信号后输入工控机内，经计算得到小型风力发电机性能理论曲线图，计 算时，是采用a步骤中建立的软件模块，将b步骤中输入的参数和风速计测出的实际风速信号带入软件模块的数学模型中，从而得到的小型风力发电机性能理论曲线图，计算的过程由工控机程序自动完成；f、 将待检测的小型风力发电机面向出风口设置于与风速计相邻位置，并使用数据采 集卡采集小型风力发电机性能实际值，将此值输入工控机得到小型风力发电机性能实际曲 线g、 将小型风力发电机性能实际曲线图与理论曲线图比较，从而判断小型风力发电机 性能是否符合要求。在上述方法中，其中a步骤所述建立风力发电机的数学模型，是指申请人自主研发设计的一种新型动态入流空气动力学理论，以此为基础，申请人建立了风力发电机组系统非线性数学分析模型，实现了风力发电机组系统之间各部件的耦合仿真分析。并在此数学分析模型的基础上，开发应用软件。所述数学模型解决了传统的风力发电机数学模型叶素动量理论不能考虑由于空气质量引起的时间滞后的缺陷，能够使分析结果更加精确。步骤d中使用变频器调节控制通风机转速时，可以直接由人工操作控制，也可直接将变频调节器与工控机相连，由电脑预设程序实现自动控制；步骤e、 f、 g中的小型风力发电机性能理论分析曲线图和实际测试曲线图主要指其变化的风速和输出功率之间的对应关系曲线图，在步骤f中是使用数据采集卡采集小型风力发电机的输出电压和电流，进而计算得到其输出功率，并且其过程是由工控机自动控制实现，同时g步骤中的比较过程也是由工控机自动完成并直接输出比较结果。在e、 f步骤中得到的理论曲线图和实际曲线图均是根据步骤a中建立的数学模型和软件模块来计算得出，计算所采用的数据即为步骤b中输入的参数和步骤e、 f中测得的数据值。本专利技术还提供一种上述性能测试方法中使用的小型风力发电机性能测试平台，其特点在于包括通风机、风道、风速计、待测小型风力发电机和工控机，所述通风机设置于风道的一端，风道的另一端出风口处设置风速计与待测小型风力发电机，其中通风机与一变频调速器相连，变频调速器与工控机相连，风速计与待测小型风力发电机通过数据采集卡与 工控机相连。可看出本测试平台与上述测试方法是匹配的，是为实践上述测试方法而专门 设计的测试平台。本技术方案中的发电机性能测试方法及设计的测试平台，能方便技术人员检测分析研 究小型风力发电机工作状况以对其进行优化设计，填补了小型风力发电机研究中对于测试 优化这方面的技术空白，同时本方法中采用的风力发电机的新型数学模型，能够使本测试 方法的分析结果更加精确、可靠。附图说明图1为本专利技术小型风力发电机组性能测试原理图2为本专利技术的测试平台结构示意图3为本专利技术所建数学模型中的椭圆坐标系定义图4为本专利技术所建数学模型中的风速变化功率变化曲线图5为本专利技术所建数学模型中的风力发电机功率传动链图6为本专利技术所建数学模型中的感应发电机输出功率特性图。具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详述 实施例一种小型风力发电机性能测试方法，包括以下步骤a、 建立风力发电机的数学模型、经计算得到风力发电机特性方程，制得相应软件模 块并将其预设入工控机内；b、 将待测试小型风力发电机属性参数，包括叶片几何尺寸、翼型升阻力系数、叶片 安装位置、传动系统传动比、电机参数、塔架高度，还包括风速变化情况参数如风速、切 入风速、切出风速等，以及风力发电系统控制参数如控制电流、控制电压等等，预输入工 控机；c、 设计一包括通风机和风道的人造风源；d、 使用变频器调节控制通风机转速，在风道的出风口得到连续变化的模拟自然风速；e、 在出风口设置一风速计检测此连续变化的风速信号，并使用数据采集卡将其转化 为连续变化的数字信号后输入工控机内，经计算得到小型风力发电机性能理论曲线图；f、 将待检测的小型风力发电机面向出风口设置于与风速计相邻位置，并使用数据采 集卡采集小型风力发电机性能实际值，将此值输入工控机得到小型风力发电机性能实际曲 线g、 将小型风力发电机性能实际曲线图与理论曲线图比较，从而判断小型风力发电机 性能是否符合要求。图l为本方法的测试原理图，本实施例中，工控机同时控制风速计、变频器和电控箱 中的数据采集卡，待检测的发电机输出电流流经整流器进行整流，再流经电控箱进入蓄电 池，最终经逆变器后将功率输出至负载端。在上述方法中，其中a步骤所述建立风力发电机的数学模型，是指申请人自主设计的 一种新型动态入流空气动力学理论，以此为基础，申请人建立了风力发电机组系统非线性 数学分析模型，实现了风力发电机组系统之间各部件的耦合仿真分析。并在此数学分析模 型的基础上，开发应用软件。具体地说，其过程包括以下部分。空气动力学部分申请人开拓性地将应用于直升机悬翼空气动力学计算的动态尾流理论用于风力发电 机的空气动力学计算。其解析解就是由Prandtl利用在椭圆坐标系下推导出的闭环形式的势函数，该函数可 给出桨盘上任意压力不连续分布，较适合旋翼空气动力学计算。该函数形式如下(D(v, 7， = ￡ J] C (v)g m (/7)[C m cos(w+化"1 sin(w &)〗这里系数e"""和D""可以唯一地定义旋翼流场的压力分布，v力和^为椭圆坐标系坐本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种小型风力发电机性能测试方法，其特征在于包括以下步骤：　ａ、建立风力发电机的数学模型、经计算得到风力发电机特性方程，制得相应软件模块并将其预设入工控机内；　ｂ、将待测试小型风力发电机属性参数，包括叶片几何尺寸、翼型升阻力系数、叶片安装位置、传动系统传动比、电机参数、塔架高度等预输入工控机；　ｃ、设计一包括通风机和风道的人造风源；　ｄ、使用变频器调节控制通风机转速，在风道的出风口得到连续变化的模拟自然风速；　ｅ、在出风口设置一风速计检测此连续变化的风速信号，并使用数据采集卡将其转化为连续变化的数字信号后输入工控机内，经计算得到小型风力发电机性能理论曲线图；　ｆ、将待检测的小型风力发电机面向出风口设置于与风速计相邻位置，并使用数据采集卡采集小型风力发电机性能实际值，将此值输入工控机得到小型风力发电机性能实际曲线图；　ｇ、将小型风力发电机性能实际曲线图与理论曲线图比较，从而判断小型风力发电机性能是否符合要求。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何玉林，金鑫，杜静，杨显刚，李成武，李奇敏，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：85[中国|重庆]