叶片安装误差对风电机组性能影响的研究

叶片安装误差对风电机组性能影响的研究

发布时间：2015-03-09 来源：中国风能协会

本文摘要：叶片是风电机组的关键部件之一，其性能在很大程度上决定了风电机组的可靠性和风能利用的经济性。

　　五、安装角变化对年发电量的影响

　　对风电机组功率曲线连同每小时平均风速的威布尔进行积分，可以求出年发电量。威布尔分布由式(16)定义：

　　式中F是风速V的累积分布，其概率密度f(V)由式(17)给出：

　　式中，k—威布尔分布的形状系数，c—尺度系数。

　　本文以上述3MW变速变桨型水平轴风电机组为例，k取2，c取1，年平均风速为8.5m/s。

　　年发电量按式(18)计算：

　　其中，P(V)=功率曲线，是风速的函数，N0=8760h/年。

　　所得的结果再与风电机组可利用率相乘(本文取95%)，根据静态功率曲线，分别得到安装角在0°与2°时的年发电量：

　　E(0°)=11.1178GWh

　　E(2°)=10.7169GWh

　　从上面计算的数值可看到，叶片安装角在2°情况下风电机组损失的年发电量为安装角为0°时的3.6%。

　　基于GL2010规范，选取正常发电时的设计工况，在Bladed软件中可获得动态功率曲线，由此可计算得到在动态功率曲线下叶片安装角为0°和2°时的年发电量，如图5所示。

　　六、安装角变化对叶片转矩的影响

　　图6为不同安装角下风电机组叶片转矩随时间的变化曲线图，图6b为图6a的稳态放大过程图。从图6可以看出，风电机组的叶片承受周期性的交变力矩，且波动量较大。随着安装误差的增大，计算模型的总转矩极值发生变化，计算模型的总转矩在安装角为0°时达到最大，随着安装角的增加，叶片的总转矩有明显下降的趋势。

　　结语

　　(1)基于叶素动量理论及其修正理论，以某3MW风电机组为例，在GH-Bladed软件中模拟了叶片安装角在-2°、0°、2°情况下，叶片安装误差对风电机组升阻力系数、风能利用系数、功率等性能参数引起变化的情况。

　　(2)从仿真结果分析得到风电机组安装角改变2°时，导致风电机组输出功率在额定风速以下每个风速段上有8%左右的损失。

　　(3)研究了叶片安装误差导致翼型的气动性能降低，使输出功率减少，进而使年发电量降低。

　　(4)基于转矩计算数学模型，采用GH-Bladed软件得到叶片在0°、2°、4°转矩的变化情况，随着安装角的增加，叶片的总转矩有明显下降的趋势。

关键词：风电叶片风电技术风电机组

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