[发明专利]风力发电机流场仿真测试方法及装置

说明书

本发明涉及新能源技术领域，提供一种风力发电机流场仿真测试方法及装置，该方法包括：基于风力发电机三维流场模型，对风力发电机进行当前时刻的瞬态流体动力学仿真，获取风力发电机和三维流场模型当前时刻的仿真数据；基于仿真数据和风力发电机的控制策略，获取风力发电机下一时刻的仿真控制参数；基于仿真控制参数，更新三维流场模型中公转区的参考坐标系转速和三维流场模型中自转区的网格节点转速。本发明提供的风力发电机流场仿真测试方法及装置，能在风力发电机运行状态下，对风轮变速和叶片变桨过程进行非稳态的计算流体动力学分析，仿真考虑了风力机的变速变桨动作，获取的瞬态流场计算结果与实际情况更接近，能获取更准确的仿真测试结果。

技术领域

本发明涉及新能源技术领域，尤其涉及一种风力发电机流场仿真测试方法及装置。

背景技术

风力发电作为一种利用清洁绿色能源的方式，日益受到人们的关注和重视。风力发电机的仿真测试，对风力发电机设计和实施的高效性、可靠性、正确性和统一性具有重要意义。

现有技术中，可以基于计算流体动力学方法(Computational Fluid Dynamics，CFD)对风力发电机进行仿真测试，但是，现有的风力发电机流场仿真测试方法，难以在风轮转速和叶片桨距角动态变化的过程中，准确的模拟风力发电机的流场变化。因此，如何在风轮转速和叶片桨距角动态变化的过程中准确的模拟风力发电机的流场变化，是本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种风力发电机流场仿真测试方法及装置，用以解决现有技术中难以在风轮转速和叶片桨距角动态变化的过程中，准确的模拟风力发电机的流场变化，实现在风轮转速和叶片桨距角动态变化的过程中，更准确的模拟风力发电机的流场变化。

本发明提供一种风力发电机流场仿真测试方法，包括：

构建并基于风力发电机三维流场模型，对所述风力发电机进行当前时刻的瞬态流体动力学仿真，获取所述风力发电机和所述三维流场模型在当前时刻的仿真数据；

基于所述仿真数据和所述风力发电机的控制策略，获取所述风力发电机在下一时刻的仿真控制参数；

基于所述仿真控制参数，更新所述三维流场模型中公转区的参考参考坐标系转速和所述三维流场模型中自转区的网格节点转速；

其中，所述三维流场模型，包括：自转区、公转区和静止区；所述自转区，沿所述风力发电机中叶片的变桨轴线的方向周向延伸，所述自转区的半径大于所述叶片表面与所述叶片的变桨轴线之间的最大距离；所述公转区和所述静止区沿所述风力发电机中风轮旋转轴线的方向周向延伸，所述公转区的半径大于所述叶片的长度，所述静止区嵌套于所述公转区的外部。

根据本发明提供的一种风力发电机流场仿真测试方法，所述三维流场模型中的公转区是基于多重参考系模型建立的，所述公转区中的网格节点的空间坐标固定，所述多重参考系模型用于为所述公转区增加相对转速。

根据本发明提供的一种风力发电机流场仿真测试方法，所述三维流场模型中的自转区是基于滑移网格模型建立的，所述网格节点可围绕所述自转区的中轴线转动，滑移网格模型用于改变所述网格节点和所述三维流场模型边界的位置，以模拟所述叶片变桨时的流场变化。

根据本发明提供的一种风力发电机流场仿真测试方法，所述三维流场模型中，所述叶片的表面设置有边界层网格，且首层所述边界层网格的厚度满足预设条件；所述公转区与所述静止区采用共用网格节点的接触方式；所述自转区与所述公转区之间通过非共用节点的交界面实现数据传递；所述公转区的网格尺寸大于所述自转区的网格尺寸。

根据本发明提供的一种风力发电机流场仿真测试方法，所述自转区为圆柱体；所述自转区的中轴线与所述叶片的变桨轴线重合；所述自转区的一端与所述风力的旋转中心的距离为预设值；所述自转区的半径，基于所述叶片表面与所述叶片的变桨轴线之间的最大距离确定；所述自转区的长度基于所述叶片的长度确定。