一种双风轮风电机组输出功率验证的风洞实验方法技术

本发明专利技术公开了一种双风轮风电机组输出功率验证的风洞实验方法，该方法包括：建立了双风轮风电机组的前

【技术实现步骤摘要】
一种双风轮风电机组输出功率验证的风洞实验方法


[0001]本专利技术涉及风力发电
，更具体的说是涉及一种双风轮风电机组输出功率验证的风洞实验方法
。

技术介绍

[0002]目前，双风轮风电机组输出功率验证风洞实验方法是根据叶尖速比公式计算不同风速
、
转速下的叶尖速比，从而设计实验工况表
。
[0003]当前双风轮风电机组相关的风洞实验主要针对双风轮风电机组模型的结构
、
最大功率跟踪
、
发电机控制策略等方面，对于如何获得双风轮风电机组缩比模型的最大风能利用系数没有具体的实验方案，因此
,
本专利技术提出了双风轮风电机组缩比模型输出功率验证风洞实验方法
。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，为了解决目前上述双风轮风电机组模型风洞实验存在的技术缺陷，本专利技术提供了一种双风轮风电机组输出功率验证的风洞实验方法
。
[0005]本专利技术采用如下技术方案：
[0006]本专利技术提供的一种双风轮风电机组输出功率验证的风洞实验方法，包括以下步骤：
[0007]建立前风轮与后风轮功率计算理论模型，根据叶尖速比公式设计双风轮风电机组输出功率验证风洞实验工况表；
[0008]进行单风轮风电机组功率输出特性实验，控制风轮的叶尖速比
λ
，测量相应
λ
值下风轮的转矩
、
转速以及发电机输出功率，从而计算出单风轮风电机组的风能利用系数
C
P
，拟合出
C
P
‑
λ
曲线，找到单风轮风电机组的最佳叶尖速比
λ
opt
与最大风能利用系数
C
Pmax
；
[0009]进行双风轮风电机组输出功率验证实验，分别改变前
、
后风轮的叶尖速比，找出最适合的叶尖速比组合，求得双风轮风电机组的最大风能利用系数
C
Pmax
。
[0010]进一步地，还包括以下步骤：
[0011]设计不同风轮直径比
、
叶片
、
前后风轮旋转方向
、
风轮轴向间距
、
运行桨距角的关键参数，定量分析不同关键参数对双风轮风电机组气动特性的影响规律，进行前
、
后风轮之间的粗糙度测试
。
[0012]进一步地，前风轮功率计算理论模型如下：
[0013][0014](1)
式中，
ρ
表示空气密度，
v
∞
表示无穷远处风速，分别表示前风轮处内
、
外流管处压强差；外流管处压强差；表示前风轮上游处内流管的空气压强，表示前风轮下游处内流管的空气压强；示前风轮下游处内流管的空气压强；表示前风轮上游处外流管的空气压强，表示前风轮下游处外流管的空气压强；分别表示前风轮处内
、
外流管面积；
a1、a2、a3、a4分别表示不同的气流速度轴向诱导因子；
f
表示摩擦系数，表示后风轮对前风轮风速的影响
。
[0015]进一步地，后风轮功率计算理论模型如下：
[0016][0017](2)
式中，
A2表示后风轮扫掠面积；
Δ
p3表示后风轮处压强差，
Δ
p3＝
p3‑
p4，
p3表示后风轮上游处的空气压强，
p4表示后风轮下游处的空气压强
。
[0018]进一步地，根据叶尖速比公式设计双风轮风电机组输出功率验证风洞实验工况表，包括：
[0019]根据叶尖速比计算公式设计实验参数，风速设置为4‑
12m/s
，转速设置范围
150
‑
600r/min
，计算每个风速每个转速的叶尖速比，从中寻找约为2‑
10
的叶尖速比数值，对应的实验风速和实验转速作为实验的参数
。
[0020]进一步地，进行单风轮风电机组功率输出特性实验，控制风轮的叶尖速比
λ
，测量相应
λ
值下风轮的转矩
、
转速以及发电机输出功率，从而计算出单风轮风电机组的风能利用系数
C
P
，拟合出
C
P
‑
λ
曲线，找到单风轮风电机组的最佳叶尖速比
λ
opt
与最大风能利用系数
C
Pmax
；具体包括：
[0021]1)
安装与调试单风轮风电机组模型及测试系统，选择合适的叶片安装角度
、
合适量程的转速转矩传感器与永磁发电机，用联轴器联接，保持各个轴在同一水平面上，降低功率从风轮传递到永磁发电机过程中的损耗；
[0022]2)
根据实验工况表调节风速与负载，维持风轮转速不变改变风速或者维持风速不变改变风轮转速，记录不同叶尖速比下单风轮风电机组模型的转速
、
转矩
、
输出功率以及对应的风速
、
电阻阻值
、
电流和电压，计算得到
C
P
‑
λ
曲线，找到单风轮风电机组的最佳叶尖速比
λ
opt
与最大风能利用系数
C
Pmax
；
[0023]3)
在轮毂上安装不同类型叶片，重复上述步骤
1)
‑
2)
，得到多种单风轮风电机组模型实验数据
。
[0024]进一步地，进行双风轮风电机组输出功率验证实验，分别改变前
、
后风轮的叶尖速比，找出最适合的叶尖速比组合，求得双风轮风电机组的最大风能利用系数
C
Pmax
；具体包括：
[0025]1)
根据单风轮风电机组模型实验数据选择双风轮风电机组模型前
、
后风轮叶片，安装与调试双风轮风电机组模型及测试系统；
[0026]2)
保持前风轮运行在最佳叶尖速比，通过控制后风轮的叶尖速比变化，计算对应叶尖速比组合的
C
P
值；保持后风轮运行在最佳叶尖速比，通过控制前风轮叶尖速比变化，计算双风轮风电机组对应叶尖速比组合下的风能利用系数
C
P
；
[0027]3)
比较两组实验数据，将前后风轮不同的叶尖速比进行排列组合，找出最适合的叶尖速比组合，进而求得双风轮风电机组模型的最大风能利用系数
C
Pmax
。
[0028]进一步地，求得双风轮风电机组模型的最大风能利用系数
C
Pmax
，具体包括：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种双风轮风电机组输出功率验证的风洞实验方法，其特征在于，包括以下步骤：建立前风轮与后风轮功率计算理论模型，根据叶尖速比公式设计双风轮风电机组输出功率验证风洞实验工况表；进行单风轮风电机组功率输出特性实验，控制风轮的叶尖速比
λ
，测量相应
λ
值下风轮的转矩
、
转速以及发电机输出功率，从而计算出单风轮风电机组的风能利用系数
C
P
，拟合出
C
P
‑
λ
曲线，找到单风轮风电机组的最佳叶尖速比
λ
opt
与最大风能利用系数
C
Pmax
；进行双风轮风电机组输出功率验证实验，分别改变前
、
后风轮的叶尖速比，找出最适合的叶尖速比组合，求得双风轮风电机组的最大风能利用系数
C
Pmax
。2.
根据权利要求1所述的双风轮风电机组输出功率验证的风洞实验方法，其特征在于，还包括以下步骤：设计不同风轮直径比
、
叶片
、
前后风轮旋转方向
、
风轮轴向间距
、
运行桨距角的关键参数，定量分析不同关键参数对双风轮风电机组气动特性的影响规律，进行前
、
后风轮之间的粗糙度测试
。3.
根据权利要求2所述的双风轮风电机组输出功率验证的风洞实验方法，其特征在于，前风轮功率计算理论模型如下：
(1)
式中，
ρ
表示空气密度，
v
∞
表示无穷远处风速，分别表示前风轮处内
、
外流管处压强差；管处压强差；表示前风轮上游处内流管的空气压强，表示前风轮下游处内流管的空气压强；游处内流管的空气压强；表示前风轮上游处外流管的空气压强，表示前风轮下游处外流管的空气压强；分别表示前风轮处内
、
外流管面积；
a1、a2、a3、a4分别表示不同的气流速度轴向诱导因子；
f
表示摩擦系数，表示后风轮对前风轮风速的影响
。4.
根据权利要求3所述的双风轮风电机组输出功率验证的风洞实验方法，其特征在于，后风轮功率计算理论模型如下：
(2)
式中，
A2表示后风轮扫掠面积；
Δ
p3表示后风轮处压强差，
Δ
p3＝
p3‑
p4，
p3表示后风轮上游处的空气压强，
p4表示后风轮下游处的空气压强
。5.
根据权利要求1所述的双风轮风电机组输出功率验证的风洞实验方法，其特征在于，根据叶尖速比公式设计双风轮风电机组输出功率验证风洞实验工况表，包括：根据叶尖速比计算公式设计实验参数，风速设置为4‑
12m/s
，转速设置范围
150
‑
600r/min
，计算每个风速每个转速的叶尖速比，从中寻找约为2‑
10
的叶尖速比数值，对应的实验风速和实验转速作为实验的参数
。
6.
根据权利要求4所述的双风轮风电机组输出功率验证的风洞实验方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：田德，管龙生，邓英，王浩东，王永，武广兴，刘永前，李玉华，刘溟江，王有超，陶伟，胡皓，秦雪妮，张金旗，
申请(专利权)人：华能如东八仙角海上风力发电有限责任公司中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司华能集团技术创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：