摘要：风能转化率偏低是阻碍垂直轴风力机市场化发展的重要原因.尾缘襟翼的设计能够改变叶片表面的流场结构,从而提高垂直轴风力机的气动性能.目前关于不同翼型垂直轴风力机的气动性能随尾缘襟翼的变化规律尚不明确.基于计算流体动力学方法,采用转捩剪切应力输运湍流模型,对3种不同分离式尾缘襟翼的翼型(NACA0018、NACA0021和NACA0024)叶片的H型垂直轴风力机气动性能进行数值研究.验证算例与已有的实验结果对比,结果吻合较好,证实本方法的可靠性.进一步考虑3种基础翼型与5组襟翼偏转角(-16°、-8°、0°、8°、16°)参数,探究垂直轴风力机的气动性能差异,分析其内在机理.研究结果表明:逆风区正向襟翼偏转角可以有效提高叶片的弯矩系数,顺风区负向襟翼偏转角对叶片的弯矩系数产生有利影响.在负向襟翼偏转角下,风能利用率受偏转影响的程度与翼型厚度呈正相关;在正向襟翼偏转角下,风能利用率受偏转影响的程度与翼型厚度呈负相关.研究成果可以为垂直轴风力机尾缘襟翼的应用提供有效参考.

摘要：具有尾缘襟翼的风力机在大型风力机领域具有广阔的应用前景。在具有可变尾缘襟翼的智能风力机中,通过控制襟翼偏转角可以调节风力机叶片的气动特性,可达到控制风电系统输出的目的。采用叶素动量方法建立了具有尾缘襟翼的风力机气动模型,在此基础上建立了智能风电系统的非线性动力学模型。基于动态逆方法对非线性系统进行线性化,采用H∞状态反馈方法设计了反馈控制器。针对12~16 m/s的阶跃风况和基于四分量模型所建立的实际风况进行了仿真验证,仿真结果表明,所设计的控制系统能有效控制风电系统的输出功率。

摘要：针对叶片的高频振动,阐述了抑制风力发电机叶片高频振动的尾缘襟翼主动控制方法。结构模型是基于周向反对称刚度(CAS)铺层设计的复合材料叶片梁模型,基于弹性挥舞/扭转位移的分析,纳入了由步进电机驱动的尾缘襟翼的角度控制。气弹系统的气动力是基于一种新颖的适合于尾缘襟翼的准稳态模型,其偏微分气弹方程组的求解是基于Galerkin法的离散化。通过基于尾缘襟翼摆角的主动控制成功抑制了叶片高频振动。主动控制是基于线性矩阵不等式(LMI)设计和状态观察器设计的H∞控制算法,其研究基于时域响应的稳定性分析和鲁棒控制方法,实现位移响应分析、鲁棒性能分析,以襟翼角度输入控制信号展示。LMI的优化机理是在选定鲁棒控制参数的基础上,优化不确定的鲁棒性能参数,使得被控位移和控制输入均保持在一个合理的范围。为降低全状态反馈时状态变量检测的误差影响,利用状态重构和状态观察器来改善控制性能,同时,对比不同的鲁棒性能参数和不同的风速激励下的高频振动控制结果,验证了基于LMI的H∞控制算法的可靠性和鲁棒性。基于S7–300 PLC和WinCC组态软件的“实时OPC技术”,采用一种过程控制实验,验证了控制算法在工程应用中的可行性,因为算法复杂性而无法在常规控制器硬件中运行的智能控制算法,提供了一种实时工程应用的可行性方案。

摘要：引入试验中正交设计的思想,通过数值模拟研究了风力机翼型尾缘襟翼不同参数的影响。采用带有转捩模型的SST k-ω湍流模型模拟了基于S809的尾缘襟翼的尺寸、偏斜角度和形状的影响。结果表明:尾缘襟翼尺寸、偏斜角度对于翼型相关气动参数影响较大,在考查参数范围内折中采用10%弦长、偏斜10°的尾缘襟翼综合性能较好;尾缘襟翼形状函数影响相对较小,采用变化较平缓的尾缘襟翼有利于保持流动稳定性。

摘要：尾缘襟翼风力机控制技术在大型风力机领域具有巨大的应用潜力.本文首先基于修正的叶素动量方法建立了具有可变尾缘襟翼的风力机气动模型.针对襟翼风力机的非线性模型,采用反步法设计了非线性控制器,保证系统的控制量和状态变量全局有界,并且风机的输出功率可以收敛到额定功率的一个小邻域内.此外,控制器设计过程中没有将实时风速信息纳入反馈系统,因而降低了工程实施的难度.最后针对12 m/s～15 m/s的阶跃风、基于四分量模型模拟的风载扰动、执行机构受到外部扰动以及总转动惯量具有10%不确定性的工况进行了仿真,仿真结果表明所设计的控制器能有效地稳定风力发电系统的输出功率,控制系统具有较强的鲁棒性.

摘要：为了研究尾缘襟翼在风力机主动降载和功率控制方面的效果,以NREL 5 MW参考风力机为研究对象,在每个叶片上增加了2段独立的尾缘襟翼。首先,建立了智能叶片风力机气动、传动链以及发电机模型,进而在Matlab/Simulink中搭建了带有尾缘襟翼的智能叶片风力机模型,并在不同风况下使用FAST气弹仿真平台对所建模型进行对比验证,最后在智能叶片风力机模型基础上设计了多目标多襟翼控制。结果表明:与FAST气弹仿真平台相比,智能叶片风力机模型各项参数偏差均小于10%,精度较高;在多目标多襟翼控制作用下,风力机的叶根挥舞弯矩在1P频率处的功率谱密度减少了89.73%,发电机功率标准差减少了75.07%。

摘要：为减弱垂直轴风力机流动分离,提升其气动效率,设计一种伸出长度和偏转角度可变化的尾缘襟翼结构。以NACA0021为基本翼型,采用计算流体力学方法对尾缘襟翼垂直轴风力机瞬时转矩、风能利用系数、翼面压力系数及流场进行数值分析。结果表明:尾缘襟翼结构可有效减弱流动分离,使翼型表面压差增大、转矩升高;在低叶尖速比范围内垂直轴风力机的风能利用系数得到不同程度的提升;当叶尖速比为2.5,襟翼偏转角度为5°,伸出水平长度为0.1c时,尾缘襟翼垂直轴风力机气动性能最佳,其最高风能利用系数较原始垂直轴风力机可提升7.1%。

摘要：大型风力机运行期间,叶片承受的载荷复杂多变且分布不均匀,传统的风力机变桨距控制难以及时响应快速变化的风载荷,且叶片整体转动无法实现局部控制.文章针对风力机变桨距控制的不足,设计了基于尾缘襟翼的智能叶片控制系统,并通过仿真分析智能叶片对风力机载荷的控制效果.仿真结果表明智能叶片可有效降低风力机叶根弯矩、俯仰力矩、偏航力矩的波动,从而有效减缓风力机的疲劳载荷.

摘要：本文以NM600 kW型风力机为研究对象,采用修正的动量叶素理论设计了600 kW风力机叶片,并和NM600 kW进行对比,验证了设计方法的可靠性,在此基础上,设计出了带尾缘襟翼的风力机叶片,研究结果表明,带尾缘襟翼的风力机叶片低风速下的功率比原有风力机功率有了明显的提高,当风速高于20 m/s时,带襟翼的风力机功率反而稍有下降。风力机启动风速也由原来的5 m/s降为4 m/s,使得添加尾缘襟翼后,风力机运行风速范围有效的扩大,进而可增大风力机的年发电量。

摘要：通过风洞试验研究风力机尾缘襟翼的气动特性,分析尾缘襟翼对翼型绕流的影响,得到尾缘襟翼对翼型气动参数的调节规律。尾缘襟翼具有对高频荷载敏感,响应速度快的特点,可有效补偿风力机变桨距控制的不足。设计了风力机独立变桨距与尾缘襟翼协同控制策略,独立变桨距控制环主要用于减缓低频荷载及振动,尾缘襟翼控制环主要用于减缓高频荷载及振动,并通过风力机模拟仿真分析控制策略的作用效果。研究结果表明尾缘襟翼与独立变桨距协同控制可同时减缓叶片低频和高频的荷载及振动,降载减振控制效果良好,具有较好的工程应用前景。