風(fēng)力發(fā)電機(jī)覆冰條件下的功率特性研究.pdf

1、風(fēng)力發(fā)電作為清潔、無(wú)污染的能源，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益而受到世界各國(guó)的重視。風(fēng)電的快速發(fā)展也帶來(lái)一系列問(wèn)題，高海拔地區(qū)的風(fēng)電場(chǎng)受低溫的影響會(huì)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)葉片覆冰，覆冰會(huì)改變?nèi)~片形狀，改變?nèi)~片表面流場(chǎng)分布從而影響葉片的風(fēng)能利用率，進(jìn)而對(duì)風(fēng)機(jī)的輸出功率造成影響。因此研究葉片覆冰對(duì)風(fēng)機(jī)輸出功率的影響，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的防冰除冰、提高覆冰地區(qū)風(fēng)電場(chǎng)的年發(fā)電量十分重要。
　　目前對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)覆冰的研究多為對(duì)小風(fēng)機(jī)的二維仿真研究，三維覆冰仿真研究較

2、少，且很少有試驗(yàn)對(duì)三維仿真結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)中大型風(fēng)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)研究更少。本文基于雪峰山覆冰試驗(yàn)基地建成的300kW風(fēng)力發(fā)電機(jī)覆冰試驗(yàn)平臺(tái)，主要對(duì)額定功率為300kW的風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行了不同覆冰條件下的三維仿真，利用Fluent軟件模擬計(jì)算了風(fēng)力發(fā)電機(jī)在不同霧凇、雨凇覆冰程度下風(fēng)速、轉(zhuǎn)速、槳距角對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出功率和轉(zhuǎn)矩的影響，并利用雪峰山基地300kW風(fēng)力發(fā)電機(jī)在自然覆冰環(huán)境下對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率曲線與轉(zhuǎn)矩曲線進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，主要成果如下：<

3、br>　?、龠\(yùn)用流體力學(xué)軟件Fluent，基于多重參考系模型(MRF)計(jì)算了風(fēng)力發(fā)電機(jī)的靜止域和旋轉(zhuǎn)域，得到風(fēng)力發(fā)電機(jī)未覆冰、不同霧凇覆冰程度和不同雨凇覆冰程度對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率和轉(zhuǎn)矩影響，并利用雪峰山自然覆冰試驗(yàn)基地對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明：計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果變化規(guī)律相同，有較好的一致性。
　?、陟F凇覆冰時(shí)，風(fēng)速越大，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率也隨之增大，覆冰程度為10％時(shí)風(fēng)機(jī)輸出功率較未覆冰時(shí)下降約13%，覆冰程度為20%時(shí)

4、，風(fēng)機(jī)輸出功率較未覆冰時(shí)下降39%，隨著覆冰的加重，風(fēng)機(jī)輸出功率還會(huì)繼續(xù)下降。當(dāng)保持槳距角和風(fēng)速不變，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速的增加出現(xiàn)拐點(diǎn)；槳距角越大，風(fēng)機(jī)的輸出功率和轉(zhuǎn)矩越小。
　?、塾贲「脖鶗r(shí)，風(fēng)機(jī)的輸出功率隨風(fēng)速的增大隨之增加，當(dāng)槳距角和轉(zhuǎn)速不變時(shí)，風(fēng)速增大到一定程度后基本保持穩(wěn)定；當(dāng)覆冰程度為5%時(shí)，額定風(fēng)速下風(fēng)機(jī)輸出功率較未覆冰時(shí)下降了36.8%，當(dāng)覆冰程度達(dá)到10%時(shí)，同等條件下風(fēng)機(jī)輸出功率較未覆冰時(shí)降幅達(dá)到50%，下降幅度很