[发明专利]一种风力机叶片气动外形与主机运行特性耦合优化方法

摘要

本发明公开了一种风力机叶片气动外形与主机运行特性耦合优化方法，步骤如下步骤S1，构造风力机叶片的全局弦长分布模型；步骤S2，构造风力机叶片的全局扭角分布模型；步骤S3，构造控制变量X；步骤S4，构造叶片弦长C、叶片弯矩M和风轮对塔筒的推力T的约束条件；S5，构造目标函数F(X)；S6，构造含有若干个粒子的粒子群，并对各粒子群进行迭代优化处理，得到最优叶片外形。本发明使用贝塞尔曲线表征叶片，实现叶片气动外形的全局参数化表达；在选取最优叶片时，叶片年发电量的计算充分考虑不同风速情况下实际发电量，优化设计中同时实现了叶片外形和主机运行特性的设计，可实现设计叶片与目标主机的最佳匹配，提高叶片在低风速区域的气动性能，避免叶片早期失速的发生。

主权项

一种风力机叶片气动外形与主机运行特性耦合优化方法，其特征在于，步骤如下：步骤S1，构造风力机叶片的全局弦长分布模型；步骤S2，构造风力机叶片的全局扭角分布模型；步骤S3，从步骤S1中全局弦长分布模型和步骤S2中全局扭角分布模型中选取变量构造控制变量X；步骤S4，构造叶片弦长C、叶片弯矩M和风轮对塔筒的推力T的约束条件；S5，构造目标函数F(X)；具体公式如下：F(X)＝AEP*p1*p2*p3             (9)；其中，AEP为叶片年发电量，计算公式为：AEP=Σi=1N-112[P(vi+1)+P(vi)]×f(vi<v0<vi+1)×8760---(10);]]>其中，f(vi<v0<vi+1)为一年中风速位于vi和vi+1之间的概率；p(vi)为风速位于vi时风力机的发电功率；p1、p2和p3为惩罚因子；惩罚因子p1与叶片弦长C有关，当C≤Cmax时，p1＝1，否则，p1＝(Cmax/C)^2；惩罚因子p2与叶根弯矩M有关，当M≤Mmax时，p2＝1，否则，p2＝(Mmax/M)^2；叶根弯矩M的计算公式为：M=∫0R4πρv2aF(1-aF)r2dr---(11);]]>其中，a为轴向诱导因子，F为普朗特叶尖损失修正因子；R为叶片的长度，ρ为空气密度；v为风速；惩罚因子p3与风轮推力T有关，当T≤Tmax时，p3＝1，否则，p3＝(Tmax/T)^2；风轮推力T的计算公式为：T=3∫0R4πρv2aF(1-aF)rdr---(12);]]>其中，a为轴向诱导因子，F为普朗特叶尖损失修正因子；R为叶片的长度，ρ为空气密度；v为风速；S6，以设计变量X为粒子构造含有若干个粒子的粒子群，并对各粒子群进行迭代优化处理，得到最优叶片外形。