[00332999]升阻特性兼容风力发电的系统机理与检测方法

本项目属能源系统工程领域,涉及风力发电各能量转换装置的系统机理分析及结构集成设计技术、检测手段等方面。 风力发电对于改善能源结构、保护生态环境、保障能源安全和实现经济可持续发展等占有极其重要的地位,大力发展风电已经成为全世界的共识。中国风资源丰富区经多年开发后已经趋于基本饱和状态,亟需通过系统设计关键技术的突破来拓展风力资源的适用范围。垂直轴风电系统结构简单、成本低,是破解系统设计关键技术难点的一个新发展空间。因此,如何利用Savonius阻力型风力机在低风速区的启动特性和Darrieus升力型风力机在高风速区的运转特性,通过叶尖速比的合理设计与取值,兼容升力机的高效性与阻力机的低风速特性,探索具有高风能利用率、适用范围广、结构简单、成本低、制造维护方便等特征的升阻特性兼容风力发电的系统机理和检验手段就成为风电领域发展的关键技术与重点研究方向之一。 项目以风力发电系统整体输出效应为目标,探索风电系统风轮、发电机、控制器等关键部件的结构设计技术,系统部件之间性能匹配耦合分析技术,风力发电系统的部件级、系统级性能测试分析与实验技术,在升阻特性兼容设计分析等方面取得了关键性技术突破,取得了如下创新成果： 1、发明了具有升阻融合特性和风力二次驱动效应的系列新型垂直轴风轮,通过仿生学结构设计与配置,改善了风轮的流场特性,显著提高了风能利用率并可实现低风速启动;通过自主研发的垂直轴风轮性能检测技术与试验装置进行性能参数检测,完善提高风轮性能检测精度和效率的系统分析手段。 2、发明了具有NS轴向复合布局磁路结构、机械式失速控制等特色的永磁风力发电机的结构设计制造技术;通过自主研发的外转子永磁发电机性能测试技术与试验台装置,解决了发电机性能检测的精度问题。 3、发明了风力发电系统的多场交叉耦合的检测方法和试验台设计制造技术,为风能转换系统关键部件的性能参数及相互匹配耦合提供检测方法,完善提高系统整体输出效应的技术手段。 4、发明了垂直轴风力发电机的过载保护设计技术、主动失速调节技术,解决了风力机在高风速区的失速问题,连杆组合变桨距机构和机械控制调节装置明显改善了系统的受力状态,且能达到主动失速控制的目的。 5、发明了电流电压双参数全风速范围可控型锂电储能控制技术,不仅可以保证锂电池的有效充放电,而且可以在功率过小时也对能量进行缓冲储存,大大提高了风力发电机组的能量转换效率。 项目成果已获得2016年河南省教育厅科技成果壹等奖,国家授权发明专利12项、申请发明专利3项,发表论文19篇,科技成果鉴定3项,2015年第十四届“挑战杯”大学生科技作品全国竞赛叁等奖1项,2011年第九届“挑战杯”大学生科技作品河南省赛贰等奖1项。 项目成果已在多家企业成功实施应用,为企业新增利润900多万元、节支总额达1000万元,显著降低了企业产品研发成本,缩短了企业产品研发周期。