为了实现风力发电机组在较低风速时对风能的利用,提出了一种大功率低速大扭矩径向柱塞泵以代替传统定量泵进行低速性能研究。介绍了液压型风力发电机组工作原理,建立了定桨距型风力机和定量泵-并联变量马达主传动系统数学模型,利用AMEsim软件进行了液压型风力发电机组仿真分析,结果表明在低风速下该机组效率可达85%,输出功率范围较大,接近传统机组。同时采用间接流量反馈加上直接转速闭环控制方式可实现变量马达恒转速输出发电。

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。

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。

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。

分析了低风速测量技术的主要功能结构及工作流程,采用GM8120 SoC芯片作为运算单元,通过经验函数对低风速进行测量。

中国海上长江口以北、内陆中东南部地区风资源较为匮乏,年均风速低,提高低风速风电场经济效益是风力发电技术重点研究方向之一。文章阐明了低风速风电项目投资的必要条件和风资源特征,明确了低风速风力发电机组的设计目标和运行特征,具体定义了一款低风速风电叶片设计目标,并通过叶片优化设计实现了风力机年发电量的最大化。优化设计的叶片满足《低风速风力发电机组选型导则》要求。通过对在役叶片进行优化,发电量提升了0.6%~1.03%,证明文章所述优化设计方法具备工程化应用价值。

对低风速风电场的风能资源特性进行分析,并以年平均风速、年利用小时数和湍流强度为标准,对低风速风电场进行了参数化定义。以年发电量最大和叶根处弯矩最小为优化设计目标,采用多阶贝塞尔曲线对叶片的弦长和扭角分布进行参数化表达,并以贝塞尔曲线控制点处纵坐标为设计变量,构建了风力机叶片的优化设计模型。采用多目标粒子群算法对内陆低风速地区某2.5 MW风力机叶片进行优化设计,并在pareto解集中对优化叶片进行了筛选。安装所设计新叶片后,在不增加叶根处弯矩的情况下,风力机的年发电量提高了1.33%。

为实现液压型风力发电机在低风速下的恒转速控制,以大功率的低速大扭矩径向柱塞泵代替传统的定量泵,分析风力发电机在低风速下的性能。基于液压型风力发电机组的工作原理,建立定量泵-变量马达主传动系统数学模型,采用PID算法闭环调速控制的方法实现变量马达恒转速输出。仿真实验结果表明,在低转速下定量泵的负载和输入转速变化,对变量马达恒定输出转速的影响不明显。在定量泵转速输入出现波动和负载发生变化的情况下,采用PID算法闭环调速控制的方法,能够实现变量马达在低风速下的恒转速输出。

聚风型风筒的聚风效率与装置尺寸密切相关。本文基于数值仿真方法,结合实验验证,对不同尺寸的聚风装置的速度分布、压力分布等流场特性进行了研究,表明聚风装置的尺寸在低于某临界值时,聚风效率会随着装置尺寸的减小急剧下降;而高于该值时聚风效率变化缓慢。