五、 安裝角變化對年發(fā)電量的影響
對風(fēng)電機組功率曲線連同每小時平均風(fēng)速的威布爾進(jìn)行積分,可以求出年發(fā)電量。威布爾分布由式(16 )定義:
式中F是風(fēng)速V的累積分布,其概率密度f(V) 由式(17)給出:
式中,k—威布爾分布的形狀系數(shù),c—尺度系數(shù)。
本文以上述3MW 變速變槳型水平軸風(fēng)電機組為例,k 取2,c 取1,年平均風(fēng)速為8.5m/s 。
年發(fā)電量按式(18 )計算:
其中,P(V)= 功率曲線,是風(fēng)速的函數(shù),N0 = 8760h/ 年。
所得的結(jié)果再與風(fēng)電機組可利用率相乘(本文取95% ),根據(jù)靜態(tài)功率曲線,分別得到安裝角在0°與2°時的年發(fā)電量:
E(0°) =11.1178GWh
E(2°) =10.7169GWh
從上面計算的數(shù)值可看到,葉片安裝角在2°情況下風(fēng)電機組損失的年發(fā)電量為安裝角為0°時的3.6% 。
基于GL2010 規(guī)范,選取正常發(fā)電時的設(shè)計工況,在Bladed 軟件中可獲得動態(tài)功率曲線,由此可計算得到在動態(tài)功率曲線下葉片安裝角為0°和2°時的年發(fā)電量,如圖5 所示。
六、安裝角變化對葉片轉(zhuǎn)矩的影響
圖6 為不同安裝角下風(fēng)電機組葉片轉(zhuǎn)矩隨時間的變化曲線圖,圖6b 為圖6a 的穩(wěn)態(tài)放大過程圖。從圖6 可以看出,風(fēng)電機組的葉片承受周期性的交變力矩,且波動量較大。隨著安裝誤差的增大,計算模型的總轉(zhuǎn)矩極值發(fā)生變化,計算模型的總轉(zhuǎn)矩在安裝角為0°時達(dá)到最大,隨著安裝角的增加,葉片的總轉(zhuǎn)矩有明顯下降的趨勢。
結(jié)語
(1)基于葉素動量理論及其修正理論,以某3MW 風(fēng)電機組為例,在GH -Bladed 軟件中模擬了葉片安裝角在-2°、0°、2°情況下,葉片安裝誤差對風(fēng)電機組升阻力系數(shù)、風(fēng)能利用系數(shù)、功率等性能參數(shù)引起變化的情況。
(2)從仿真結(jié)果分析得到風(fēng)電機組安裝角改變2°時,導(dǎo)致風(fēng)電機組輸出功率在額定風(fēng)速以下每個風(fēng)速段上有8% 左右的損失。
(3)研究了葉片安裝誤差導(dǎo)致翼型的氣動性能降低,使輸出功率減少,進(jìn)而使年發(fā)電量降低。
(4)基于轉(zhuǎn)矩計算數(shù)學(xué)模型,采用GH -Bladed 軟件得到葉片在0°、2°、4°轉(zhuǎn)矩的變化情況,隨著安裝角的增加,葉片的總轉(zhuǎn)矩有明顯下降的趨勢。