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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。
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