CN107742173B - 一种水平轴风力机群纵向布局方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水平轴风力机群纵向布局方法，包括以下步骤：S1、确定水平轴风力机群的布置方向；S2、确定水平轴风力机群布置间距；S3、确定第一排水平轴风力机组的旋转方向；S4、确定第二排水平轴风力机组的旋转方向：S5、确定第三排及以后各排水平轴风力机组的旋转方向。本发明的纵向布局方法的优点在于在不改变原纵向风力机群整体布局方案且不大幅增加风力机叶片和发电机组等部件建造成本的前提下，通过不同旋转方向上下游风力机组间隔布局，利用下游风力机捕捉上游风力机旋转动能损失，减少上游风力机组对下游风力机组的不利影响，从而可以提高纵向布置风力机群整体风轮输出功率。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种水平轴风力机群纵向布局方法。
背景技术
对于总占地面积一定的风电场，如不考虑风机的相互影响，理论上风力机数量越多，单位容积的发电量越高，实际考虑到风力机间的相互干扰效应，特别是上游风力机群尾流对下游风力机群的不利影响，使得风力机群布置密度不能太大，但由于受到风场地形环境、施工条件、建造成本、总装机容量等要求限制，下游风力机往往无法完全避开上游风力机的纵向影响区(十倍风力机直径左右)；对于传统纵向布置的水平轴风力机群往往具有以下缺点：来流经过上游风力机群，尾流具有一定的旋转动能，根据贝兹理论，这部分的旋转动能不仅不能被上游风力机群有效利用，且对下游风力机群的旋转具有一定的阻碍作用(若上下游风力机旋转方向相同)，从而使得传统纵向布置风力机群的整体风轮输出功率不高。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种水平轴风力机群纵向布局方法，通过上下游不同旋转方向风力机群的间隔排列，解决由于上游风力机群尾流影响特别是旋转动能的影响而使得下游风力机群风轮输出功率下降的问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种水平轴风力机群纵向布局方法，包括以下步骤：
S1、确定水平轴风力机群的布置方向；
S2、确定水平轴风力机群布置间距；
S3、确定第一排水平轴风力机组的旋转方向；
S4、确定第二排水平轴风力机组的旋转方向：
第二排水平轴风力机组的旋转方向设计为与第一排水平轴风力机组的旋转方向相反，且风力机叶片与第一排风力机叶片互为反桨桨型；
S5、确定第三排及以后各排水平轴风力机组的旋转方向：
第三排及以后各排水平轴风力机组的旋转方向均与前排风力机组的旋转方向相反，且前后排风力机叶片互为反桨桨型。
优选地，S1中根据风场风向和风能玫瑰图确定主导风向，在主导风向上布置纵向水平轴风力机群。
优选地，S2中水平轴风力机群布置间距纵向距离在4D至10D之间，其中D为水平轴风力机的直径。
更优选地，S2中水平轴风力机群布置间距纵向距离在4D至5D之间。
优选地，S3中第一排风力机组的旋转方向由发电机的旋转方向决定。
本发明的有益效果
本发明提供的水平轴风力机群纵向布局方法，通过上下游不同旋转方向风力机群的间隔排列，解决了由于上游风力机群尾流影响，特别是旋转动能的影响，而使得下游风力机群风轮输出功率下降的问题。
本发明的优点在于在不改变原纵向风力机群整体布局方案且不大幅增加风力机叶片和发电机组等部件建造成本的前提下，通过不同旋转方向上下游风力机组间隔布局，利用下游风力机捕捉上游风力机旋转动能损失，减少上游风力机组对下游风力机组的不利影响，从而可以提高纵向布置风力机群整体风轮输出功率。
附图说明
图1为本发明一种水平轴风力机群纵向布局方法的流程图；
图2为三排风力机叶片截面翼型互为反桨桨型纵向间隔布置示意图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据以上发明的内容做出一些非本质的改进和调整。在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1所示，本实施例中水平轴风力机群纵向布局方法，包括以下步骤：
S1、确定水平轴风力机群的布置方向：
为有效捕捉风场内的风资源，一般来说，在施工条件允许的条件下，根据风场风向和风能玫瑰图确定主导风向，在主导风向上布置纵向水平轴风力机群。
S2、确定水平轴风力机群布置间距：
水平轴风力机群布置间距纵向距离在4D至10D之间，其中D为水平轴风力机的直径；风力机群布置间距受风场地形环境、施工条件、建造成本、总装机容量等要求综合制约。
S3、确定第一排水平轴风力机组的旋转方向：
第一排风力机组的旋转方向为逆时针或顺时针；一般由发电机的旋转方向所决定。
S4、确定第二排水平轴风力机组的旋转方向：
为有效捕捉第一排风力机组尾流中的旋转动能，第二排风力机旋转方向设计为与第一排旋转方向相反，且风力机叶片与第一排风力机叶片互为反桨桨型，即第二排风力机翼剖面的翼前缘与翼后缘连线和第一排风力机翼剖面翼前缘与翼后缘的连线在旋转平面内的投影方向相反。
S5、确定第三排及以后各排水平轴风力机组的旋转方向：
第三排风力机组及以后各排风力机组旋转方向均与前排风力机组旋转方向相反，且前后排风力机叶片互为反桨桨型，即前排风力机翼剖面的翼前缘与翼后缘连线和后排风力机翼剖面翼前缘与翼后缘的连线在旋转平面内的投影方向相反。如图2所示，为三排风力机叶片截面翼型互为反桨桨型纵向间隔布置示意图。
本发明的水平轴风力机群纵向布局方法，规定了对于固定风力机直径(符号D，单位米)纵向排列的风力机群，当上下游风力机群间隔在10D长度以内时，上下游风力机群旋转方向(逆时针或顺时针)间隔布局，且上下游风力机叶片翼型互成反桨桨型(图2)，即后排风力机群的旋转方向与前排风力机群的旋转方向相反，后排风力机群的桨型与前排风力机群的桨型互为反桨桨型(图2)。下面列举三个实例以说明本发明的有益效果：
两台纵向布置的水平轴风力机，风力机直径128m，风力机间距800m，来流风速9.8m/s，来流风速垂直于风力机旋转平面，当前后两台风力机旋转方向相同时，风力机群的风轮输出功率为4.368MW，当前后两台风力机旋转方向相反且互为反桨桨型时，风力机群的风轮输出功率为4.521MW；
两台纵向布置的水平轴风力机，风力机直径128m，风力机间距500m，来流风速9.8m/s，来流风速垂直于风力机旋转平面，当前后两台风力机旋转方向相同时，风力机群的风轮输出功率为4.174MW，当前后两台风力机旋转方向相反且互为反桨桨型时，风力机群的风轮输出功率为4.498MW；
四台纵向布置的水平轴风力机，风力机直径128m，第二排距第一排557m，第三排距第二排660m，第四排距第三排644m，来流风速垂直于风力机旋转平面，当四排风力机旋转方向相同时，风力机群的风轮输出功率为6.775MW，当四排风力机前后排旋转方向相反且互为反桨桨型时，风力机群的风轮输出功率为7.133MW。
从上述数据可看出使用本发明的布局方法可以有效提高风力机群的输出功率。当两台纵向布置水平轴风力机组间距在6D至7D之间时，本发明的布局方法较传统方法可以使得整体风轮输出功率提高3.5％左右，当两台风力机间距缩小到4D至5D之间时，可以使得整体风轮输出功率提高7.7％左右，即随着风力机间距减小，本发明较传统方法可以提高整体风轮输出功率的优势作用就越明显。
本发明优点是在不改变原纵向风力机群整体布局方案且不大幅增加风力机叶片和发电机组等部件建造成本的前提下，通过不同旋转方向上下游风力机组间隔布局，利用下游风力机捕捉上游风力机旋转动能损失，减少上游风力机组对下游风力机组的不利影响，从而可以提高纵向布置风力机群整体风轮输出功率。
显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。
Claims (3)
1.一种水平轴风力机群纵向布局方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、确定水平轴风力机群的布置方向；
S2、确定水平轴风力机群布置间距；
S3、确定第一排水平轴风力机组的旋转方向；
S4、确定第二排水平轴风力机组的旋转方向：
第二排水平轴风力机组的旋转方向设计为与第一排水平轴风力机组的旋转方向相反，且风力机叶片与第一排风力机叶片互为反桨桨型；
S5、确定第三排及以后各排水平轴风力机组的旋转方向：
第三排及以后各排水平轴风力机组的旋转方向均与前排风力机组的旋转方向相反，且前后排风力机叶片互为反桨桨型；
其中，S2中水平轴风力机群布置间距纵向距离为10D，其中D为水平轴风力机的直径。
2.根据权利要求1所述的纵向布局方法，其特征在于，S1中根据风场风向和风能玫瑰图确定主导风向，在主导风向上布置纵向水平轴风力机群。
3.根据权利要求1所述的纵向布局方法，其特征在于，S3中第一排风力机组的旋转方向由发电机的旋转方向决定。
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