[发明专利]小型风力发电机性能测试方法及其专用测试平台

说明书

技术领域

本发明涉及一种小型风力发电机性能的测试方法及其专用测试平台。

背景技术

小型风力发电机是主要适用于在远离电网的边远地区，如草原牧区、山区、海岛等地区的一种发电设备。在这些地区架设输电线路非常困难，用电成本也很高；同时，这些地区往往存在比较大的风力资源，特别适合小型户用型风力发电机的使用。小型风力发电机在设计时需要对其进行性能测试，研究分析其输出功率与风速之间的对应关系，再根据测试结果对发电机进行优化和改进。但是，现有技术中并没有专门设计的小型风力发电机测试平台，对于小型风力发电机，技术人员往往是将其直接投入生产，然后跟踪其实际工作过程，发现问题后再回头重新改进设计，即便是针对一些大型的风力发电机，也常常是将其放入自然界中风力强的地方进行实际测试，并没有进行模拟测试的方法，这就会受到自然条件的限制。

所以如何开发出一种小型风力发电机性能测试方法和相应的测试平台，以方便研究分析其实际工作状况并对其性能进行优化，就成为本行业内亟待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为了克服上述现有技术的不足而提供一种可方便技术人员研究分析小型风力发电机工作状况以对其进行优化设计的小型风力发电机性能测试方法和相应的测试平台。

为解决上述技术问题，发明人采用了如下的技术方案：

一种小型风力发电机性能测试方法，其特点在于包括以下步骤：

a、建立风力发电机的数学模型、经计算得到风力发电机特性方程，制得相应软件模块并将其预设入工控机内；

b、将待测试小型风力发电机属性参数，包括叶片几何尺寸、翼型升阻力系数、叶片安装位置、传动系统传动比、电机参数、塔架高度，还包括风速变化情况参数、风力发电系统控制参数等等，预输入工控机；

c、设计一包括通风机和风道的人造风源；

d、使用变频器调节控制通风机转速，在风道的出风口得到连续变化的模拟自然风速；

e、在出风口设置一风速计检测此连续变化的风速信号，并使用数据采集卡将其转化为连续变化的数字信号后输入工控机内，经计算得到小型风力发电机性能理论曲线图，计算时，是采用a步骤中建立的软件模块，将b步骤中输入的参数和风速计测出的实际风速信号带入软件模块的数学模型中，从而得到的小型风力发电机性能理论曲线图，计算的过程由工控机程序自动完成；

f、将待检测的小型风力发电机面向出风口设置于与风速计相邻位置，并使用数据采集卡采集小型风力发电机性能实际值，将此值输入工控机得到小型风力发电机性能实际曲线图；

g、将小型风力发电机性能实际曲线图与理论曲线图比较，从而判断小型风力发电机性能是否符合要求。

在上述方法中，其中a步骤所述建立风力发电机的数学模型，是指申请人自主研发设计的一种新型动态入流空气动力学理论，以此为基础，申请人建立了风力发电机组系统非线性数学分析模型，实现了风力发电机组系统之间各部件的耦合仿真分析。并在此数学分析模型的基础上，开发应用软件。所述数学模型解决了传统的风力发电机数学模型叶素动量理论不能考虑由于空气质量引起的时间滞后的缺陷，能够使分析结果更加精确。步骤d中使用变频器调节控制通风机转速时，可以直接由人工操作控制，也可直接将变频调节器与工控机相连，由电脑预设程序实现自动控制；步骤e、f、g中的小型风力发电机性能理论分析曲线图和实际测试曲线图主要指其变化的风速和输出功率之间的对应关系曲线图，在步骤f中是使用数据采集卡采集小型风力发电机的输出电压和电流，进而计算得到其输出功率，并且其过程是由工控机自动控制实现，同时g步骤中的比较过程也是由工控机自动完成并直接输出比较结果。在e、f步骤中得到的理论曲线图和实际曲线图均是根据步骤a中建立的数学模型和软件模块来计算得出，计算所采用的数据即为步骤b中输入的参数和步骤e、f中测得的数据值。

本发明还提供一种上述性能测试方法中使用的小型风力发电机性能测试平台，其特点在于包括通风机、风道、风速计、待测小型风力发电机和工控机，所述通风机设置于风道的一端，风道的另一端出风口处设置风速计与待测小型风力发电机，其中通风机与一变频调速器相连，变频调速器与工控机相连，风速计与待测小型风力发电机通过数据采集卡与工控机相连。可看出本测试平台与上述测试方法是匹配的，是为实践上述测试方法而专门设计的测试平台。