CN112145376A - 一种风力机全时效率测定方法 - Google Patents

Abstract

一种风力机全时效率测定方法，步骤为：选定风场并架设风速采集仪器，每隔3秒采集一次自然风风速且持续不间断采集，风速采集总时长不低于15天；提取风速采集总时长内的风速总数据，提取间隔为0.5m/s，提取风速误差范围为±0.2m/s；汇总出每一级风速累计时长t，风速采集总时长记为T，由公式K＝t/T计算出每一级风速加权系数K；在开口风洞内搭建风力机气动性能实验装置，开展吹风实验，实验风速按照全级风速施加，测量每一级风速下风力机功率P，通过公式η＝P/(0.5·ρv³A)·100％，计算出每一级风速下风力机风能利用效率η；将每一级风速下风力机风能利用效率η与加权系数K相乘，得到每一级风速下时长效率η′；将所有的时长效率η′相加，得到风力机全时效率。

Description

一种风力机全时效率测定方法

技术领域

本发明属于风力机性能实验技术领域，特别是涉及一种风力机全时效率测定方法。

背景技术

目前，根据风能利用形式的不同，风力机可分为升力型风力机、阻力型风力机和升阻混合型风力机，但无论哪种形式的风力机，其都是按照额定风速进行设计的，这就造成了一个无法规避的结果，即只有自然风达到额定风速时，风力机的设计性能参数才能达到。但是，自然风从来不是恒定的，而是多变且没有规律的，因而额定风速下的风力机性能参数并不能代表风力机的真实性能，也不能准确计算风力机的发电量，导致额定风速下性能优良的风机在自然风条件不合适的地方反而达不到设计性能的情况。因此，对风力机性能进行更加全面的评价至关重要。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种风力机全时效率测定方法，首次提出了“全时效率”这一全新概念，而全时效率是一种用于评价风力机风力利用效率的新参数，即风力机在不同时刻不同风速下的一种加权效率，全时效率更适合代表风力机的真实风能利用效率，也可以使计算的风力机发电量更加准确。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种风力机全时效率测定方法，包括如下步骤：

步骤一：选定一处风场，在风场内架设风速采集仪器，每隔3秒采集一次自然风风速，风速采集过程为持续不间断过程，风速采集总时长不低于15天；

步骤二：提取风速采集总时长内的风速总数据，风速的提取间隔为0.5m/s，提取的风速误差范围为±0.2m/s；

步骤三：当风速提取完成后，汇总出每一级风速的累计时长，将每一级风速的累计时长记为t，将风速采集总时长记为T，由公式K＝t/T，计算出每一级风速的加权系数K；

步骤四：在开口风洞内搭建风力机气动性能实验装置，通过开口风洞开展吹风实验，实验风速按照步骤三中提取的全级风速进行施加，同时测量每一级风速下的风力机功率P，并通过公式η＝P/(0.5·ρv³A)·100％，计算出每一级风速下的风力机风能利用效率η，式中，ρ为空气密度，v为风速，A为风力机叶轮扫掠面积；

步骤五：将每一级风速下的风力机风能利用效率η与加权系数K相乘，用以得到每一级风速下的时长效率η′；

步骤六：将所获得的每一级风速下的时长效率η′相加，即可得到风力机的全时效率。

本发明的有益效果：

本发明的风力机全时效率测定方法，首次提出了“全时效率”这一全新概念，而全时效率是一种用于评价风力机风力利用效率的新参数，即风力机在不同时刻不同风速下的一种加权效率，全时效率更适合代表风力机的真实风能利用效率，也可以使计算的风力机发电量更加准确。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

一种风力机全时效率测定方法，包括如下步骤：

步骤一：选定一处风场，在风场内架设风速采集仪器，每隔3秒采集一次自然风风速，风速采集过程为持续不间断过程，风速采集总时长不低于15天；

本实施例中，风速采集仪器选用型号为FC-1W-2的无线风速仪，风速采集的时间选择在风速变化较大的春季，采集的自然风风速精确到小数点后一位，自然风不用考虑风向，15天内采集到的风速总数据以无线方式传输到上位机内进行存储；

步骤二：提取风速采集总时长内的风速总数据，风速的提取间隔为0.5m/s，提取的风速误差范围为±0.2m/s；例如，当提取的风速为6m/s时，由于提取的风速误差范围为±0.2m/s，因此风速总数据中5.8m/s～6.2m/s范围内的风速都划归到6m/s的风速中；

步骤三：当风速提取完成后，汇总出每一级风速的累计时长，将每一级风速的累计时长记为t，将风速采集总时长记为T，由公式K＝t/T，计算出每一级风速的加权系数K；

本实施例中，风速采集总时长T为15天，经换算，可得T＝3600×24×15＝1296000s，而每一级风速的累计时长t的数据已汇总至表1中，每一级风速的加权系数K的数据已汇总至表1中，其中，最小一级的风速为0m/s，最大一级的风速为12m/s；

表1

风速(m/s)	0	0.5	1	1.5	2	2.5	3	3.5	4
										t(s)	6480	6480	5184	15552	20736	33696	34992	41472	71280
K	0.005	0.005	0.004	0.012	0.016	0.026	0.027	0.032	0.055
										风速(m/s)	4.5	5	5.5	6	6.5	7	7.5	8	8.5
t(s)	73872	99792	101088	104976	127008	136080	115344	84240	71280
										K	0.057	0.077	0.078	0.081	0.098	0.105	0.089	0.065	0.055
风速(m/s)	9	9.5	10	10.5	11	11.5	12	—	—
										t(s)	45360	40176	19440	15552	11664	7776	6480	—	—
K	0.035	0.031	0.015	0.012	0.009	0.006	0.005	—	—

步骤四：在开口风洞内搭建风力机气动性能实验装置，通过开口风洞开展吹风实验，实验风速按照步骤三中提取的全级风速进行施加，同时测量每一级风速下的风力机功率P，并通过公式η＝P/(0.5·ρv³A)·100％，计算出每一级风速下的风力机风能利用效率η，式中，ρ为空气密度，v为风速，A为风力机叶轮扫掠面积；本实施例中，每一级风速下的风力机功率P和风力机风能利用效率η的数据已汇总至表2中；

表2

风速(m/s)	0	0.5	1	1.5	2	2.5	3	3.5	4
										P(W)	0	0	0	0	0	0	0	0	2
η	0	0	0	0	0	0	0	0	18％
										风速(m/s)	4.5	5	5.5	6	6.5	7	7.5	8	8.5
P(W)	2.5	5	8	12	16	20	24	32	40
										η	16％	23.3％	28％	32.4％	34％	34％	33.2％	36.4％	38％
风速(m/s)	9	9.5	10	10.5	11	11.5	12	—	—
										P(W)	46	52	60	68	76	87	95	—	—
η	36.8％	35.4％	35％	34.4％	33.3％	33.4％	32.1％	—	—

步骤五：将每一级风速下的风力机风能利用效率η与加权系数K相乘，用以得到每一级风速下的时长效率η′；本实施例中，每一级风速下的时长效率η′的数据已汇总至表3中；

表3

风速(m/s)	0	0.5	1	1.5	2	2.5	3	3.5	4
										η′	0	0	0	0	0	0	0	0	1％
风速(m/s)	4.5	5	5.5	6	6.5	7	7.5	8	8.5
										η′	0.9％	1.8％	2.2％	2.6％	3.3％	3.6％	3％	2.4％	2.1％
风速(m/s)	9	9.5	10	10.5	11	11.5	12	—	—
										η′	1.3％	1.1％	0.5％	0.4％	0.3％	0.2％	0.2％	—	—

步骤六：将所获得的每一级风速下的时长效率η′相加，即可得到风力机的全时效率；经计算，可得风力机的全时效率为26.8％，而全时效率更适合代表风力机的真实风能利用效率，也可以使计算的风力机发电量更加准确。

实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

Claims (1)

1.一种风力机全时效率测定方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一：选定一处风场，在风场内架设风速采集仪器，每隔3秒采集一次自然风风速，风速采集过程为持续不间断过程，风速采集总时长不低于15天；

步骤二：提取风速采集总时长内的风速总数据，风速的提取间隔为0.5m/s，提取的风速误差范围为±0.2m/s；

步骤三：当风速提取完成后，汇总出每一级风速的累计时长，将每一级风速的累计时长记为t，将风速采集总时长记为T，由公式K＝t/T，计算出每一级风速的加权系数K；

步骤四：在开口风洞内搭建风力机气动性能实验装置，通过开口风洞开展吹风实验，实验风速按照步骤三中提取的全级风速进行施加，同时测量每一级风速下的风力机功率P，并通过公式η＝P/(0.5·ρv³A)·100％，计算出每一级风速下的风力机风能利用效率η，式中，ρ为空气密度，v为风速，A为风力机叶轮扫掠面积；

步骤五：将每一级风速下的风力机风能利用效率η与加权系数K相乘，用以得到每一级风速下的时长效率η′；

步骤六：将所获得的每一级风速下的时长效率η′相加，即可得到风力机的全时效率。