[发明专利]一种用于风洞实验的风力机阵列气动效率的装置及方法

说明书

本发明公开了一种用于风洞实验的风力机阵列气动效率的装置及方法，1)三维建模软件对装置进行建模；2)拟定微型直流电动机在发电机转态下的轴功率输出效率；3)搭建用于风洞实验的风力机阵列气动效率的装置；4)设备安全性检查；5)获得设定风速；6)采集不同转速下基准第一风力机的推力、输出电流；7)构建风力机阵列；8）完成风力机阵列中第一风力机的气动数据曲线；9)完成风力机阵列中所有风力机的气动数据曲线；10)数据处理。装置包括支撑底板、设置在支撑底板上的六分量天平和固定在六分量天平上的风力机。本发明可以精确采集各种风速下测试风力发电机阵列中不同位置的风力机功率数据及动态载荷变化情况，较为准确的拟合出风力机气动特性曲线。

技术领域

本发明涉及风洞试验及风力机阵列气动特性测试领域，特别涉及一种用于风洞实验的风力机阵列气动效率的装置及方法。

背景技术

最近几年风能发电装机容量一直在持续地增加，几乎占了五年内所有电力增长的一半，目前我国新增装机容量近3000万千瓦。风力发电机在各工况下运转流动条件的特点是长时间的高湍流度，实际风力机来流一般是高湍流及前一台风力机旋转的尾流中，为了解这种流动结构的分布和动力学对定量分析的非定常载荷和功率输出脉动是至关重要的。

为了现实这个目标，需要通过风洞模拟由多台小型风力机组成的风电场，并进行测试。目前仍有一些问题有待解决，在风洞实验中，与真实环境的雷诺数之间存在不可避免的差异，且模型的风力发电机的一般有由微型直流电机制作，此类电机的机电转换效率性能通常较差，为此在风洞实验前需要准确测试小型风力机的性能，目前已有的研究一般使用较为容易获取的电机的电功率来表征风力机的性能。然而，由于发电机的机械和电气损耗，电功率的值显然会小于风轮输出的轴功率，且由于输出的电功率受到模型发电机特性的影响，将会得到有关风力性能的错误信息，而其他一些研究则利用已知的直流发电机方程来估计，然而这样的方式需要的电机特性参数过多，该方法能否可靠估计风轮机械功率尚不清楚。总的来说，风力机的功率表征是一个跨学科的问题，在流体力学方面(风轮气动性能)和电气方面(即直流发电机特性)存在差距。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术提供一种用于风洞实验的风力机阵列气动效率的装置及方法，可以精确采集各种风速下测试风力发电机阵列中不同位置的风力机功率数据及动态载荷变化情况，较为准确的拟合出风力机气动特性曲线。

本发明的目的一方面是这样实现的：一种用于风洞实验的风力机阵列气动效率的方法，包括以下步骤：

步骤1)三维建模软件对用于风洞实验的风力机阵列气动效率的装置进行建模，依次进行旋转风轮、风力机塔架、微型直流电动机支架、支撑底板建模，并利用三维打印机进行三维打印，并组装风力机；

步骤2)将两台微型直流电动机与动态扭矩仪两端分别轴连接，拟定微型直流电动机在发电机转态下的轴功率输出效率；

步骤3)搭建用于风洞实验的风力机阵列气动效率的装置，在风洞试验段底部搭建支撑底板，支撑底板上预先设计的孔与六分量天平相连接；在六分量天平上固定第一风力机；微处理器与第一风力机电连接；

步骤4)设备安全性检查包括：紧固螺栓是否有松动；风力机是否固定安装；转速调理电路，驱动电路及电流调理电路是否正确连接并且正常运行，确保每条管道都保持通畅无堵塞情况；确保风洞内部清洁；

步骤5)设定六分量天平及微处理器的采样频率，启动风洞，调节控制柜频率获得设定风速；

步骤6)调节上位机参数获得设定转速，依次采集不同转速下基准第一风力机的推力、输出电流，完成后关闭风洞；

步骤7)在支撑底板上安装固定第二风力机，第三风力机，第四风力机，直至所有风力机均安装固定在支撑底板上，形成的风力机阵列；

步骤8)重复步骤4)至步骤6)，完成风力机阵列中第一风力机的气动数据曲线；