考虑不同截面翼型选取的风电机组叶片优化设计方法

刘永前; 赖福兴; 阎洁; 陈子新; 李莉; 韩爽; 王永

doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.19031

欢迎来到能源电力期刊网！

English Version 读者登录期刊登录

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

考虑不同截面翼型选取的风电机组叶片优化设计方法

新能源 | 更新时间：2025-07-04

- 考虑不同截面翼型选取的风电机组叶片优化设计方法
- Optimal Design Method for Wind Turbine Blades Considering Aerofoil of Cross-section
- 发电技术 2019年40卷第4期页码：382-388
- 作者机构：
  
  1.新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学), 北京市昌平区 102206
  2.中国大唐集团有限公司赤峰分公司, 内蒙古自治区赤峰市 024000
- 作者简介：
  
  [ "刘永前(1965), 男, 教授, 博士生导师, 研究方向为智能风电场技术, 包括优化设计、运行与控制、故障诊断与健康管理、功率预测等, yqliu@ncepu.edu.cn" ]
  [ "赖福兴(1995), 男, 硕士研究生, 研究方向为风电场无功控制, 18800125679@163.com" ]
  阎洁(1987), 女, 博士, 讲师, 研究方向为风电功率预测、不确定分析、新能源电力系统多能互补调度, 本文通信作者, yanjie_freda@163.com
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金项目(51377011);国家重点研发计划项目(2017YFE0109000)
- DOI：10.12096/j.2096-4528.pgt.19031
  中图分类号：
- 收稿：2019-03-12，
  
  纸质出版：2019-08-31
- 稿件说明：
移动端阅览
刘永前, 赖福兴, 阎洁, 等. 考虑不同截面翼型选取的风电机组叶片优化设计方法[J]. 发电技术, 2019,40(4):382-388.

Yongqian LIU, Fuxing LAI, Jie YAN, et al. Optimal Design Method for Wind Turbine Blades Considering Aerofoil of Cross-section[J]. Power Generation Technology, 2019, 40(4): 382-388.
刘永前, 赖福兴, 阎洁, 等. 考虑不同截面翼型选取的风电机组叶片优化设计方法[J]. 发电技术, 2019,40(4):382-388. DOI： 10.12096/j.2096-4528.pgt.19031.

Yongqian LIU, Fuxing LAI, Jie YAN, et al. Optimal Design Method for Wind Turbine Blades Considering Aerofoil of Cross-section[J]. Power Generation Technology, 2019, 40(4): 382-388. DOI： 10.12096/j.2096-4528.pgt.19031.

摘要

传统叶片优化设计中缺乏对截面翼型的考虑，导致叶片设计难以达到最优效果。为解决此问题，提出了考虑不同截面翼型的风电机组叶片优化设计方法，以截面翼型、弦长和扭角为设计变量，以年发电量最大化为目标，兼顾考虑相对厚度和相对弯度限制，建立了叶片参数设计遗传算法优化模型。以某1.5 MW风电机组为例，验证所提出优化设计方法的有效性。结果表明：考虑截面翼型等参数优化后的叶片功率系数明显增大；机组特性曲线在较大范围内均能保持在最佳功率系数附近，更易控制在最大风能捕捉效率点运行，从而提升了年发电量；同时，增加考虑相对厚度和相对弯度限制以更贴近实际工程应用。

Abstract

Most traditional methods for optimizing the blade design have no consideration on the aerofoils of cross-section

which makes the blade design difficult to achieve the optimal solution. To solve this problem

this paper proposed an optimal design method for wind turbine blades considering different cross-section aerofoils. The proposed method took cross-section aerofoils

chord length and torsion angle as design variables

takeing relative thickness and relative camber constraints into consideration and aimed at maximizing annual energy production. Genetic algorithm model for optimizing the design parameters of blades was established. Taking a 1.5 MW wind turbine as example

the proposed design method was verified. The results show that the power coefficient of the optimized blade has been significantly improved by considering the cross-section aerofoils; the power coefficient of wind turbine can be maintained around the optimal value

which makes it easier to control the wind turbine to tracking the power curve and capture the maximum wind energy; and also the annual energy production is increased. At the same time

taking relative thickness and relative camber constraints into consideration makes the method closer to the actual engineering application.

关键词

Keywords

references

冯斐, 任远洋, 王德林.基于储能系统的风电场功率控制研究[J].分布式能源, 2017, 2(2):20-24.

张旭航, 赵晶晶, 李敏.DFIG风电机组有功控制对电网频率的影响[J].分布式能源, 2017, 2(6):15-20.

杨超, 王志, 叶小广, 等.基于SCADA数据的风电机组技术改造后评估方法研究[J].华电技术, 2017, 39(1):21-23, 77.

刘皓明, 赵敏, 张占奎, 等.双馈风电机组的整体协调减振策略[J].广东电力, 2019, 32(1):36-45.

阿洛伊斯·查夫齐科.风力机空气动力学[M].北京:机械工业出版社, 2016.

Wilson R E, Lissaman P B S, Walker S N.Aerodynamic performance of wind turbines[J].Nasa Sti/recon Technical Report N, 1976, 77:98-113.

刘雄飞, 汪建文, 赵娟, 等.水平轴风力机不同叶片设计方法的研究[J].机械设计与制造, 2017(7):70-73.

顾怡红.风力发电机叶片优化设计方法研究[D].杭州: 浙江大学, 2014. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10335-1014173194.htm .

刘佳, 孙春顺, 杨江涛, 等.平抑风电出力波动的混合储能系统优化策略[J].电力科学与工程, 2018, 34(2):38-43.

刘雄, 陈严, 叶枝全.遗传算法在风力机风轮叶片优化设计中的应用[J].太阳能学报, 2006, 27(2):180-185.

Fuglsang P, Madsen H.A optimization method for wind turbine rotors[J].Journal of Wind Engineering&Industrial Aerodynamics, 1999, 80(1/2):191-206.

何玉林, 刘军, 董明洪.基于BEM-GDW综合理论对风力机叶片优化[J].现代科学仪器, 2011(4):10-14.

姚兴佳, 田德.风力发电机组设计与制造[M].北京:机械工业出版社, 2012.

贺德馨.风工程与工业空气动力学[M].北京:国防工业出版社, 2006.

徐大平, 柳亦兵, 吕跃刚.风力发电原理[M].北京:机械工业出版社, 2011.

高峰, 徐大平, 吕跃刚.基于叶素理论的风力发电机组风轮建模[J].现代电力, 2007, 24(6):52-57.

陈秋华, 赖旭.不同叶尖损失模型的风力机气动性能分析[J].太阳能学报, 2012, 33(12):2166-2171.

Prandtl L, Tietjens O G.Applied hydro-and aeromechanics[M].Dover:Dover Publications, 1934.

Airfoil Investigation Database[DB/OL ] .[2019-02-16 ] . http://www.airfoildb.com http://www.airfoildb.com .

薛丁云, 杨科, 张磊, 等.风力机专用翼型低雷诺数气动特性实验研究[J].太阳能学报, 2018, 39(4):1105-1110.

姜海波, 曹树良, 李艳茹.水平轴风力机叶片扭角和弦长的理想分布[J].太阳能学报, 2013, 34(1):1-6.

谢政, 李建平, 陈挚.非线性最优化理论与方法[M].北京:高等教育出版社, 2010.

周明, 孙树栋.遗传算法原理及应用[M].北京:国防工业出版社, 1999.

王春水, 彭志方, 于洋, 等.遗传算法与局域搜索法对数值优化性能之比较[J].制冷空调与电力机械, 2003(4):22-23, 8.

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

制氢系统对双馈风机串补系统次同步振荡特性的影响

低电压穿越过程中风电机组载荷特性联合仿真研究

一种相变储热器内翅片结构的快速优化算法

基于改进NSGA-Ⅱ算法的电-气-热综合能源系统多目标优化

基于遗传算法优化BP神经网络的SCR脱硝系统催化剂体积设计