本發(fā)明涉及風力機，特別是一種雙層葉片h-vawts的啟動行優(yōu)化方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、綠色低碳已成為全球能源發(fā)展的主要方向，風力發(fā)電機組作為風能利用的主要裝備得到了快速發(fā)展。其中，垂直軸風力機在深遠海、城市、鄉(xiāng)村等復雜多變環(huán)境應(yīng)用中表現(xiàn)出了獨特優(yōu)勢，受到廣泛關(guān)注。但是，垂直軸風力機在風能利用率和自啟動方面仍然存在一定的問題。因此，本文以雙層葉片h型垂直軸風力機(h-vawts)為研究對象，采用2.5d數(shù)值模擬的方法，研究了動態(tài)實度對雙層葉片h-vawts氣動性能的影響，對比分析了雙層葉片h-vawts在不同風輪結(jié)構(gòu)條件下的啟動優(yōu)勢。現(xiàn)有的方法中，對雙層葉片h-vawts的啟動行優(yōu)化較少，一般都是通過長時間的使用和工作人員的經(jīng)驗進行優(yōu)化，因此導致優(yōu)化效果較差，并且使用成本較高。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、鑒于現(xiàn)有的雙層葉片h-vawts的啟動行優(yōu)化及系統(tǒng)中存在的問題，提出了本發(fā)明。

2、因此，本發(fā)明所要解決的問題在于：對于雙層葉片h-vawts的啟動行優(yōu)化較差。

3、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

4、第一方面，本發(fā)明實施例提供了一種雙層葉片h-vawts的啟動行優(yōu)化方法，其包括以下步驟，

5、引入葉片轉(zhuǎn)動慣量對h-vawts的啟動影響率，計算風力機角速度的平均功率和功率系數(shù)；

6、引入風輪實度對h-vawts的啟動影響率，獲得h-vawts在風輪實度作用下的啟動特性；

7、綜合風力機角速度的平均功率和功率系數(shù)以及h-vawts的啟動特征，獲得雙層葉片h-vawts的啟動行優(yōu)化信息。

8、作為本發(fā)明所述雙層葉片h-vawts的啟動行優(yōu)化方法的一種優(yōu)選方案，其中：判斷葉片轉(zhuǎn)動慣量對h-vawts的啟動影響率時，首先計算風輪葉片所受法向力和切向力，具體計算公式表示為：

9、

10、式中，n1θi表示為法向力，t1θi表示為切向力，p表示為葉片表面壓力，τ表示為葉片表面剪切應(yīng)力，γ表示為葉片表面切線與x軸夾角；

11、因此，風力機扭矩通過公式表示為：

12、

13、式中，r表示為葉片到風力機軸心的距離，即葉片的半徑，mθi表示為風力機扭矩；

14、通過剛體動力學理論，風輪啟動角加速度通過公式獲得：

15、

16、表示為時間i時風輪的角加速度，j表示為風輪的轉(zhuǎn)動慣量；

17、再通過計算風力機下一時刻的角加速度，具體公式表示為：

18、

19、式中，ω表示為角加速度；

20、求得時刻i的風力機所對應(yīng)的位置，計算公式為：

21、θi+1＝θi+ωi+1t；

22、式中，θi+1表示為風力機所對應(yīng)位置。

23、作為本發(fā)明所述雙層葉片h-vawts的啟動行優(yōu)化方法的一種優(yōu)選方案，其中：風力機角速度的平均功率和功率系數(shù)的計算公式表示為，

24、

25、式中，as表示為風輪掃掠面積，pave表示為平均功率，cp表示為功率系數(shù)。

26、作為本發(fā)明所述雙層葉片h-vawts的啟動行優(yōu)化方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述風輪實度包括葉片數(shù)量、葉片弦長，以及風輪半徑；

27、所述葉片數(shù)量對h-vawts的啟動影響率的判斷方法包括：

28、在相同條件下，對雙層葉片h-vawts和單層葉片h-vawts的啟動性能進行評分，選擇分值高的h-vawts；

29、對選擇的h-vawts建立不同數(shù)量的葉片，對不同葉片的h-vawts評分，選擇分值最高的h-vawts；

30、所述雙層葉片h-vawts和單層葉片h-vawts的啟動性能的評分標準包括：啟動速率的大小與穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的大小，具體計算方式為：

31、

32、式中，f1表示為第一種評分分值，α和β均表示為權(quán)重值，a表示為啟動速率的大小，b表示為穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的大小；

33、所述不同葉片的h-vawts評分標準包括：葉片啟動扭矩、扭矩峰值時間，以及渦輪機的功率系數(shù)，具體計算方式為：

34、

35、式中，f2表示為第二種評分分值，μ、θ和φ均表示對應(yīng)的權(quán)重值，x表示為葉片啟動扭矩，y表示為扭矩峰值時間，z表示為渦輪機的功率系數(shù)。

36、作為本發(fā)明所述雙層葉片h-vawts的啟動行優(yōu)化方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述葉片弦長對h-vawts的啟動影響率的判斷方法包括，設(shè)定不同的葉片弦長，獲得h-vawts的啟動時長和扭矩峰值時間；

37、所述風輪半徑對h-vawts的啟動影響率的判斷方法包括，設(shè)定不同的風輪半徑，獲得h-vawts的啟動時長和平均扭矩。

38、作為本發(fā)明所述雙層葉片h-vawts的啟動行優(yōu)化方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述h-vawts在風輪實度作用下的啟動特性的獲得方法包括，

39、獲得第一種評分分值f1和第二種評分分值f2的最高值，并獲取對應(yīng)的評分標準的類型，并將評分標準的類型作為啟動特性。

40、作為本發(fā)明所述雙層葉片h-vawts的啟動行優(yōu)化方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述雙層葉片h-vawts的啟動行優(yōu)化信息獲得步驟包括，

41、選取風力機角速度的平均功率和功率系數(shù)的最大值，獲得對應(yīng)的風力機信息狀態(tài)；

42、將獲取的風力機信息狀態(tài)和啟動特性進行比較，判斷重復的類型是否相同；

43、當相同時，則輸出優(yōu)化信息；

44、當不相同時，則加載到數(shù)據(jù)庫中，由人工判斷。

45、第二方面，本發(fā)明實施例提供了一種雙層葉片h-vawts的啟動行優(yōu)化系統(tǒng)，其包括性能計算模塊、系統(tǒng)模擬模塊、數(shù)據(jù)管理模塊，以及啟動特性評估模塊；

46、所述性能計算模塊用于對功率和功率系數(shù)的計算，并且能夠分析風輪實度對h-vawts啟動性能的影響；

47、所述系統(tǒng)模擬模塊用于進行實驗模擬，記錄實驗數(shù)據(jù)；

48、所述數(shù)據(jù)管理模塊將數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中，供人工進一步分析和判斷；

49、所述啟動特性評估模塊用于選取最優(yōu)的風力機信息狀態(tài)，并與啟動特性進行比較，輸出優(yōu)化信息。

50、第三方面，本發(fā)明實施例提供了一種計算機設(shè)備，包括存儲器和處理器，所述存儲器存儲有計算機程序，其中：所述處理器執(zhí)行所述計算機程序時實現(xiàn)上述的雙層葉片h-vawts的啟動行優(yōu)化方法的任一步驟。

51、第四方面，本發(fā)明實施例提供了一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機程序，其中：所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)上述的雙層葉片h-vawts的啟動行優(yōu)化方法的任一步驟。

52、本發(fā)明有益效果為：

53、隨風輪轉(zhuǎn)動慣量增大，h-vawts達到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的時間越長，雙層葉片結(jié)構(gòu)能夠有效改善h-vawts的自啟動性能，優(yōu)化效果隨轉(zhuǎn)動慣量減小而增強，雙層葉片風輪具有比單層葉片風輪更高的轉(zhuǎn)動慣量，抑制了風輪扭矩增加的積極作用，導致雙層葉片h-vawts的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速降低。

54、在不同葉片數(shù)量工況中，h-vawts的啟動時間隨葉片數(shù)量增加而延長，雙層葉片結(jié)構(gòu)能夠有效提高h-vawts啟動過程中的平均扭矩峰值，使h-vawts的啟動速率得到顯著提高，啟動時長最高可縮短30％以上。

55、在不同葉片弦長工況中，隨葉片弦長增加，h-vawts的啟動時間大幅度延長，雙層葉片對h-vawts啟動性能的優(yōu)化效果隨葉片弦長減小而增加。

56、在不同風輪直徑工況中，隨風輪直徑增加，h-vawts的啟動時長逐漸增加，雙層葉片對h-vawts啟動性能的優(yōu)化效果隨風輪直徑增加而減小。