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实度对低风速风电机组风轮气动性能影响研究

太阳能学报 2022年第8期43卷 373-381页

作者：郭珊珊韩巧丽王一博李明刘丹内蒙古农业大学机电工程学院呼和浩特010018 内蒙古农业大学能源与交通工程学院呼和浩特010018

为提高低风速地区的风能利用率,研究风轮实度对低风速风电机组气动性能的影响。考虑影响风轮实度因素(叶片数量、弦长及安装角),设计2组不同弦长叶片与可调安装角轮毂。安装角改变时不仅会引起实度变化,还会使叶尖速比发生改变。通过车... 详细信息

为提高低风速地区的风能利用率,研究风轮实度对低风速风电机组气动性能的影响。考虑影响风轮实度因素(叶片数量、弦长及安装角),设计2组不同弦长叶片与可调安装角轮毂。安装角改变时不仅会引起实度变化,还会使叶尖速比发生改变。通过车载试验验证安装角不同时对风轮气动性能的影响主要与叶尖速比相关。根据不同风轮表面压力分布数值模拟结果得出:相同风速下,弦长由叶根到叶尖逐渐增大的叶片更易启动。相同条件下,试验机组输出功率与数值模拟机组输出功率最大相差5.37%,说明数值模拟结果可信。随着风轮实度的增加,风速5 m/s时,其风能利用系数呈增大趋势,风速8 m/s时,其风能利用系数呈减小趋势,两趋势相交时实度为25.38%,得出该实度下风轮气动性能较优,即可得到适合低风速地区的风轮实度。

关键词：风电机组气动 CFD 风轮实度低风速

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低风速风机叶片结构对平准化度电成本的影响

机械设计与制造 2023年第10期392卷 191-195,200页

作者：侬玉昌蒙庆文余豪张大斌贵州大学机械工程学院贵州贵阳550025 中国电建集团贵州工程有限公司贵州贵阳550003

平准化度电成本(LCOE)作为评估风电项目综合竞争力的重要经济性指标,其受到风机叶片性能的影响。本篇论文以低风速风机叶片作为研究对象,结合特定风场条件,基于修正叶素动量理论(BEM)分析叶片的结构参数与气动性能,研究低风速风机叶片... 详细信息

平准化度电成本(LCOE)作为评估风电项目综合竞争力的重要经济性指标,其受到风机叶片性能的影响。本篇论文以低风速风机叶片作为研究对象,结合特定风场条件,基于修正叶素动量理论(BEM)分析叶片的结构参数与气动性能,研究低风速风机叶片结构对风电机组全生命周期LCOE的影响,通过模式搜索算法(PS)优化低风速风机叶片结构参数,计算并对比优化前后的风电机组全生命周期LCOE。结果表明,在特定低风速风场条件下,通过优化叶片结构参数可以有效降低风电机组全生命周期的LCOE,优化叶片后风电机组的LCOE降低了6.9%,达到了预期的效果。

关键词：低风速风机叶片结构优化平准化度电成本

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低风速区风机偏航控制策略研究

机械设计与制造 2023年第3期385卷 67-70,74页

作者：陈志昊朱兆强余豪张大斌贵州大学机械工程学院贵州贵阳550000 中国电建集团贵州工程有限公司贵州贵阳550000

为了解决风机在低风速区偏航动作过于频繁和风能转化率低的问题,在对风机所处地区风向和风速进行预测的前提下,提出一种风机偏航控制策略。通过建立风机偏航模型,以相同风况数据为输入,对比分析了本偏航控制策略和传统偏航控制策略的控... 详细信息

为了解决风机在低风速区偏航动作过于频繁和风能转化率低的问题,在对风机所处地区风向和风速进行预测的前提下,提出一种风机偏航控制策略。通过建立风机偏航模型,以相同风况数据为输入,对比分析了本偏航控制策略和传统偏航控制策略的控制效果,结果表明控制策略能使风机获得更多机械能。同时针对本控制策略中出现的三个变量,做三因素混合水平正交试验。并对试验结果进行分析,结果表明:小节时间对风机所获机械能影响最大,预测间隔和扇区分割有一定影响。可见最优组合为120s小节时间、20扇区分割、5小节预测间隔。

关键词：风力发电机低风速偏航控制风况预测

低风速条件下的平原风电场机组选型与布置研究

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低风速条件下的平原风电场机组选型与布置研究

作者：帕尔哈提·波拉提东北石油大学

学位级别：硕士

近年来,风电行业的迅速发展,推动了能源结构转型,有助于构筑低碳明天。但是由于高风速资源区域正日益减少,风电开发呈现出风速越来越低的局面。本文基于典型平原风电场的风能资源特征,对其风电机组选型与布置进行了研究,建立了一套有助... 详细信息

近年来,风电行业的迅速发展,推动了能源结构转型,有助于构筑低碳明天。但是由于高风速资源区域正日益减少,风电开发呈现出风速越来越低的局面。本文基于典型平原风电场的风能资源特征,对其风电机组选型与布置进行了研究,建立了一套有助于低风速平原风电场开发的方法,这具有较高的理论和应用价值。本论文采用数据分析、构建模型和野外踏勘等方式,主要开展了以下工作:(1)通过实测数据统计和分析典型平原风电场的风速与风功率密度,风向与风能特征,以及风切变、湍流强度、空气密度和50年一遇最大风速等风况参数。(2)采用三维流体力学方法,通过建立控制方程、确定边界条件、网格划分及参数设置,建立了风电场发电量计算模型。(3)通过对场区限制性因素的分析确定了布置区域的约束条件。(4)比选了适用于本风电场的多种低风速风力发电机组和推荐机型不同轮毂高度的经济性。本文主要结论如下:(1)典型平原风电场的风能资源特征为:风速与风功率密度较低、风向稳定且风能分布集中,风切变指数较大。湍流等级与50年一遇最大风速的研究,则为低风速风电场机型选取提供了依据。(2)风电场发电量计算模型通过对场区海拔、粗糙度的矢量化模拟,设置参数并输入计算条件后,可输出风资源图谱,显示流场的分布规律,是计算发电量的基础。(3)通过对场区约束条件的分析确定了风电场布置区域的边界,得出典型平原风电场受到空间约束条件较多,机位位置有限的特征。(4)典型平原风电场采用大容量机组,可减少机位个数,降低单位千瓦造价,有效降低项目建设成本。在高切变的平原地区,通过增高轮毂高度,可获取更高的高空风速,显著增加风电场经济效益。本文得出的低风速条件下的平原风电场机组选型与布置研究方法,对低风速风电的发展有一定指导意义。

关键词：低风速平原风电场风能资源评估风电机组选型风电机组布置

低风速下流线型收缩-渐扩聚风装置加速特性研究

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低风速下流线型收缩-渐扩聚风装置加速特性研究

作者：汪依文华中科技大学

学位级别：硕士

我国存在面积广大的低风速资源区域,这些区域多位于我国能源需求较高的中东部及南部,年平均风速一般低于3 m/s。然而,当前风力机的启动风速大都高于3 m/s,造成大量低风速资源浪费。开发利用这些低风速资源,对我国优化能源配置、保障能... 详细信息

我国存在面积广大的低风速资源区域,这些区域多位于我国能源需求较高的中东部及南部,年平均风速一般低于3 m/s。然而,当前风力机的启动风速大都高于3 m/s,造成大量低风速资源浪费。开发利用这些低风速资源,对我国优化能源配置、保障能源安全具有积极意义。基于前期对聚风加速的研究,本文构建了流线型收缩-渐扩聚风装置模型,研究了低风速汇聚特性及影响规律,主要研究内容为:(1)构建流线型收缩-渐扩聚风装置CFD模型,考察其内部流场分布特性以及风能汇聚特性。基于3D打印技术制作了聚风装置,搭建了聚风实验平台,通过比较仿真计算结果和实验测试结果,验证了本文模拟计算方法可靠有效,同时也证明了本文构建的聚风装置具备显著的风能汇聚效应。(2)通过对比直线型和流线型扩张出口下聚风装置的内流场分布特性,证明了流线型扩张出口能够有效加强装置的聚风性能。同时,研究了流线型出口母线半径变化对风能汇聚特性的影响规律,分析了低风速下不同出口半径聚风装置的内流场分布特性。结果表明当R为572 mm时,聚风装置针对来流风的加速汇聚效应最显著。(3)研究了收缩引流口进口角度变化对流线型收缩-渐扩聚风装置风能汇聚特性以及内流场分布的影响规律。并考察了进口角度变化对入口处的正压梯度以及扩张出口处流动状况的影响。结果表明:当进口角度较小时,聚风装置内部流速随着进口角度的增大而增大;当进口角度为25°时,聚风效果最优;进一步增大进口角度时,聚风能力下降。

关键词：低风速加速汇聚扩张出口收缩引流口数值模拟

低风速下弯掠叶片风力机功率及尾流特性风洞试验研究

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低风速下弯掠叶片风力机功率及尾流特性风洞试验研究

作者：沙成龙扬州大学

学位级别：硕士

我国低风速风能资源丰富,分布广泛,低风速区面积约占全国总面积的68%,低风速地区风能资源的开发利用,对我国可再生能源目标的实现具有重要意义。鸟类通过弯掠翅翼可以在低风速时自由控制飞行速度和飞行高度,受鸟类翅膀弯掠形状的启发,... 详细信息

我国低风速风能资源丰富,分布广泛,低风速区面积约占全国总面积的68%,低风速地区风能资源的开发利用,对我国可再生能源目标的实现具有重要意义。鸟类通过弯掠翅翼可以在低风速时自由控制飞行速度和飞行高度,受鸟类翅膀弯掠形状的启发,研究低风速区弯掠叶片风力机的气动特性具有重要意义。本文在7m/s来流下,以直径为400mm的DTU-LN221翼型直叶片风力机为研究对象,对直叶片进行弯掠设计,通过CFD仿真计算确定输出功率最优的弯掠叶片,并对设计的弯掠叶片风力机和直叶片风力机进行风洞试验,研究其在不同湍流来流和偏航时功率和尾流特性相比于直叶片的改善效果。主要研究内容如下:首先,对DTU-LN221翼型直叶片进行弯掠设计,弯掠方式为前掠和后掠两种,以叶尖偏移量和弯掠起始位置为变量,确定弯掠方程。对叶片进行建模并利用ANSYS软件对风力机进行网格划分和数值计算。通过对7m/s来流风速、叶尖速比为5工况下的风力机模型进行数值模拟,可以看出叶尖偏移量为半径长度的10%、弯掠起始位置为半径长度的20%的前掠叶片风力机气动特性改善最为明显。并对直叶片风力机和气动性能最优的弯掠叶片风力机在不同叶尖速比情况下进行仿真计算,结果显示,与直叶片相比,在叶尖速比为5时弯掠叶片风力机的功率系数增量最大,提升了2.167%,推力系数的增量也随叶尖速比的增大而增大。其次,在近似均匀来流（湍流强度为0.5%）的风洞空流场中对气动性能最优的弯掠叶片风力机和直叶片风力机进行风洞试验,在0°,10°,20°,30°四个偏航工况对两种风轮进行功率测量,在0°和20°偏航情况下分别对不同尖速比下风力机尾流进行测量,结果显示偏航角越大,风力机功率损失越大,相对于直叶片,弯掠叶片在偏航时有较小的功率损失。在较大尖速比时,弯掠叶片风力机的功率特性较直叶片风力机输出功率有所提高,尤其在偏航时,弯掠叶片风力机输出功率显著增加。未偏航时弯掠叶片风力机尾流轴向时均速度损失和湍流强度值比直叶片风力机稍大。20°偏航时,两种风力机尾流轴向速度相差不大。偏航产生较大的切向速度,在近尾流区,弯掠叶片风力机尾流切向时均速度比直叶片风力机稍大。而随着尾流向下游发展,弯掠叶片风力机风轮旋转方向一侧尾流的湍流强度值要大于直叶片风力机。最后,在来流湍流强度为10.5%和19.0%工况下对弯掠叶片风力机和直叶片风力机进行风洞试验,在0°,10°,20°,30°四个偏航工况对两种风轮进行功率测量,在0°和20°偏航情况下分别对不同尖速比下风力机尾流进行测量,结果表明,低湍流强度可以有效提高风力机的输出功率,而高湍流强度会降低风力机的输出功率。在高尖速比时,弯掠叶片对风力机输出功率的提升效果明显。不偏航时三种湍流强度来流下,与直叶片风力机相比,弯掠叶片对风力机的功率系数提升较小,而在偏航时,尤其在近似均匀来流下,弯掠叶片对风力机输出功率有较大提升。来流湍流越大,风力机近尾流区轴向速度恢复越快。偏航使尾流轴向时均速度亏损量减小,尾流速度恢复加快。在高湍流来流下,弯掠叶片和直叶片风力机在不同湍流来流下近尾流区轴向时均速度相差不大,而弯掠叶片风力机近尾流区的切向时均速度比直叶片偏大。对比尾流湍流强度,发现低叶尖速比时,来流湍流越大,风力机尾流湍流强度恢复越慢,弯掠叶片和直叶片风力机尾流区湍流强度相差不大。在20度偏航且较高尖速比时,在近尾流区,弯掠叶片与直叶片风力机尾流区湍流强度基本一致,只在近尾流区尾迹中心位置处,弯掠叶片风力机尾流湍流强度略大于直叶片风力机。

关键词：低风速弯掠叶片功率系数尾流特性湍流强度

低风速适用型水平轴风力机气动性能优化与试验

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农业工程学报 2018年第12期34卷 218-223页

作者：唐新姿孙松峰李鹏程陆鑫宇彭锐涛湘潭大学机械工程学院湘潭411105

为开发低风资源适用型风力机,以100 W水平轴风力机为研究对象,分析不同设计叶尖速比和设计攻角对风轮变风况气动性能的影响;考虑低风速地区风资源数据统计特点,以提高年发电量和降低启动风速为目标,以设计叶尖速比、设计攻角、叶片弦长... 详细信息

为开发低风资源适用型风力机,以100 W水平轴风力机为研究对象,分析不同设计叶尖速比和设计攻角对风轮变风况气动性能的影响;考虑低风速地区风资源数据统计特点,以提高年发电量和降低启动风速为目标,以设计叶尖速比、设计攻角、叶片弦长和扭角为变量,采用NSGA-II算法进行全局多目标气动寻优;开展风力机性能测试试验。结果表明,优化后年发电量提高了9.14%,风轮启动转矩提高了9.62%;在不同负载条件下,优化叶片功率输出均有明显提高,启动风速由3.84 m/s降低到3.03 m/s;该方法避免设计陷入局部优化,提供一种低启动风速与高功率输出矛盾解决方案,为低风速水平轴风力机设计与应用提供重要参考。

关键词：风力机发电优化低风速启动性能多目标优化

低风速分散式风电并入配电网的双层电压优化模型

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太阳能学报 2021年第1期42卷 157-165页

作者：边晓燕丁炀买坤朱兰贾庆宇李东东上海电力学院电气工程学院上海200090 国网河北省电力有限公司沧县供电分公司沧州061000 国网上海市电力公司上海200122

从规划和运行2个角度出发,提出一种针对低风速风电机组并入配电网的双层电压优化模型。上层模型计及低风速的波动性、负荷的随机性与用户行为特性,求解以网损、电压偏差、电压稳定性指标和分散式风电总投资为目标函数的多目标规划问题,... 详细信息

从规划和运行2个角度出发,提出一种针对低风速风电机组并入配电网的双层电压优化模型。上层模型计及低风速的波动性、负荷的随机性与用户行为特性,求解以网损、电压偏差、电压稳定性指标和分散式风电总投资为目标函数的多目标规划问题,同时利用Q-V曲线法获得静止无功补偿器(SVC)的最佳接入位置;下层模型建立基于模糊逻辑的低风速风电机组与SVC协调调压的无功控制策略。最后通过仿真验证所提方法不仅能够实现电压优化控制,而且能显著改善配电网的整体电压分布。

关键词：配电电压控制多目标优化模糊控制低风速分散式风电

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低风速地区风电场优化模型对发电质量的影响

电工电气 2022年第8期 41-47页

作者：张宇王凤昊刘洋余文林中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司江苏南京211102

开展低风速地区风电场微观选址的优化研究对风电行业的发展至关重要。选取我国中东南部低风速地区为研究对象,应用改进的Park尾流模型,综合考虑不同风向分布条件下,各布置方案的发电量和尾流损失随风电机组间距的变化规律,总结出一套微... 详细信息

开展低风速地区风电场微观选址的优化研究对风电行业的发展至关重要。选取我国中东南部低风速地区为研究对象,应用改进的Park尾流模型,综合考虑不同风向分布条件下,各布置方案的发电量和尾流损失随风电机组间距的变化规律,总结出一套微观选址优化布置的规律,为今后微观选址优化模型的研究提供新的理论依据,对提升风电场经济性具有重要意义。

关键词：风电机组间距低风速微观选址优化模型