[发明专利]风力发电机组风轮散热系统耦合验证、设计方法

说明书

本发明公开一种风力发电机组风轮散热系统耦合验证、设计方法，验证方法包括：采集风力发电机组的设备参数、环境参数和风轮散热系统的散热参数，设定风力发电机组的温度参数；根据环境参数、设备参数、散热参数和温度参数，基于能量守恒定律，通过对叶片、轮毂、导流罩进行热平衡耦合迭代算法确定风轮散热系统达到热平衡状态时对应的轮毂内部温度；通过对比轮毂内部温度和设备参数中轮毂内部温度阈值，验证风轮散热系统的散热能力。设计方法包括：首先设定风轮散热系统的散热参数，然后采用验证方法验证对应的风轮散热系统是否合适，如果合适，则根据设定的温度参数反推风轮散热系统的散热参数。

技术领域

本发明涉及风力发电机领域，特别是涉及一种风力发电机组风轮散热系统耦合验证、设计方法。

背景技术

风电机组主要由塔筒、机舱和风轮组成。目前，为防止海上盐雾、沙尘、雨水的侵蚀，风轮一般采用密封结构，其主要包含轮毂、叶片、导流罩及内部零部件等。风轮内的发热部件主要集中于轮毂内，包括变桨轴控制柜、超级电容柜、变桨电机、主轴、电缆等。当机组运行时，风轮内各发热部件表面散发的热量将排到轮毂内，尤其在夏季高温环境下，外界太阳辐射传递到风轮内部的热量也会增多，从而造成轮毂内环境温度过高，影响风轮内零部件正常运行，可能导致超温而触发机组停机，降低机组发电量。

现有专利《风力发电机组的温度调节系统》(公布号CN103184984A)公开了一种对轮毂进行降温的散射系统，该系统通过通风机将轮毂内的热空气排放到叶片中的管道中，管道中的热空气将热量从叶片传递到外界后形成冷空气再注入到轮毂内，如此循环，对轮毂进行降温。

虽然现有技术可以对轮毂进行降温，但是目前对风轮散热系统的设计选型并没有统一的标准算法，散热系统散热参数的确定往往根据经验作近似预估，或者参考样机实际运行效果。因此，为了避免风轮内超温故障的发生，风轮散热系选型会留有较大余量，增加机组成本。同时也存在预估不准造成风轮散热系统散热能力不能满足风轮内热负荷需求。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种风力发电机组风轮散热系统耦合验证、设计方法，针对基于叶片散热的风力发电机组风轮散热系统，可以根据风力发电机组自身的设备参数和所处环境的状况，验证所设计的风轮散热系统散热参数是否合适，还可以根据风力发电机组自身的设备参数和所处环境的状况确定满足风力发电机组散热需求的散热系统的散热参数，以设计散热系统。

技术方案如下：

第一方面，提供了一种风力发电机组风轮散热系统耦合验证方法，包括：

采集风力发电机组的设备参数、环境参数，以及风轮散热系统的散热参数；

设定风力发电机组的温度参数；

基于环境参数、设备参数、散热参数和温度参数，通过迭代算法确定风力发电机组的叶片、风轮、导流罩之间达到热平衡状态时的轮毂内部温度t′₀；

通过对比轮毂内部温度t′₀与设备参数中轮毂内部温度阈值验证风轮散热系统。

结合第一方面，在第一方面的第一种可实现方式中，所述确定风力发电机组处于热平衡状态时对应的的轮毂内部温度t′₀，包括：

通过温度参数、环境参数、散热参数和设备参数分别计算:轮毂传递到叶片内的热负荷Q_t；叶片传递到外界的热量Q′_t；轮毂传递到导流罩与轮毂之间的空间中的热负荷Q₃；轮毂传递到导流罩外壁面的热量Q′₃；导流罩传递到外界的热量Q₄；

判定热量Q′₃与热负荷Q₃之间、热负荷Q₃与热量Q₄之间、热量Q′_t与热负荷Q_t之间是否均满足热平衡条件；