[发明专利]一种H型垂直轴风力发电机的变攻角方法及其装置

说明书

本发明提供了一种H型垂直轴风力发电机的变攻角方法，包括：S1，确定上风区、下风区理论最佳攻角；S2，获得上风区、下风区诱导速度和诱导因子的运算关系；S3，确定上风区叶片安装角的调节规律；S4，确定下风区叶片安装角的调节规律；S5，根据上风区和下风区叶片安装角的调节规律，实时调节H型垂直轴风力发电机的安装角。本发明还提供了一种H型垂直轴风力发电机的攻角实时调节装置，运用本发明的H型垂直轴风力发电机的变攻角方法，实时调节叶片攻角，使得叶片在旋转过程中各个位置的攻角与最佳攻角最为接近，从而达到提高风能利用率的目的。

技术领域

本发明属于新能源技术领域，具体涉及一种H型垂直轴风力发电机的变攻角方法及其攻角实时调节装置。

背景技术

目前垂直轴风力发电机风能利用率仅有35％左右，远低于理论值66.6％，这一缺点阻碍了其规模化发展。垂直轴风力机的合成风速是指来流风速与切向风速的矢量和，叶片的攻角是指合成风速与叶片弦线的夹角，叶片的安装角是指叶片弦线和风轮切线之间的夹角。其中，叶片攻角是影响垂直轴风力机风能利用率的最重要因素之一。现有大多数垂直轴风力机的安装角一般为固定式，由于垂直轴风力机风轮在旋转过程中切向风速的变化，导致合成风速和叶片攻角随方位角不断变化，叶片在每个位置的气动特性各不相同，这是目前垂直轴风力机发电效率比水平轴风力机发电效率低的主要原因，因此实时可变攻角的垂直轴风力机是未来垂直轴风力机的一个重要发展方向。

目前，对于垂直轴风力机的攻角调节问题尚处于研究阶段：严强的专利“垂直轴风力发电机叶片攻角调节装置”(200610023892.2)公开了一种垂直轴风力机叶片攻角调节装置以降低启动风速、提高风能利用率；张立勋等以双盘面多流管理论为基础对主动式攻角调节控制方法和规律进行研究，获得了不同叶尖速比下的攻角控制规律，验证了主动式变桨距控制规律可显著提高垂直轴风力机的启动性能和风能利用率(张立勋，梁迎彬，尉越啸，等.垂直轴风力机主动式变桨距控制规律[J].中南大学学报(自然科学版)，2013，44(6):2561-2568.)；廉正光等的专利“一种变桨距垂直轴风力发电机”(201410009955.3)利用双曲柄调距机构及双偏心轴机构，设计了一种新型调距机构，并且制造出采用该机构的风力发电机样机。

上述研究提出的攻角调节方法均在一定程度上改善了垂直轴风轮的运转性能，提高了风能利用率。但在结构上，严强和廉正光设计的叶片攻角调节装置都用到了凸轮机构，很难适应不同风速的情况；张立勋等对变桨距规律的研究所采用的样机，利用两个伺服电机分别控制两个叶片的攻角变化，增加了系统惯性，且其调节方式有一定的滞后性。另外，理论上上述研究在气动特性分析时假设了垂直轴风轮下风区各个方位的诱导速度大小一致、方向不变；这些假设虽然简化了计算，但研究结果不能完全反映实际情况；而且所采用的翼型静态数据未考虑垂直轴风力机在实际工作状况下发生的动态失速问题。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种能够实现实时调节叶片攻角，大大提高风能利用率的H型垂直轴风力发电机的变攻角方法及其攻角实时调节装置。

本发明提供了一种H型垂直轴风力发电机的变攻角方法，其特征在于，包括：

S1，确定上风区、下风区理论最佳攻角；

S2，获得上风区、下风区诱导速度和诱导因子的运算关系；

S3，确定上风区叶片安装角的调节规律；

S4，确定下风区叶片安装角的调节规律；

S5，根据上风区和下风区叶片安装角的调节规律，实时调节H型垂直轴风力发电机的安装角。

进一步，在本发明提供H型垂直轴风力发电机的变攻角方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤S1中，上风区、下风区理论最佳攻角的确定方法如下：