(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211055571.6 (22)申请日 2022.08.31 (71)申请人 西安热工 研究院有限公司 地址 710048 陕西省西安市碑林区兴庆路 136号 申请人 华能澜沧江水电股份有限公司 (72)发明人 许瑾　邓巍　汪臻　张恩享　李冲　 王英丞　 (74)专利代理 机构 西安通大专利代理有限责任 公司 6120 0 专利代理师 高博 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 113/06(2020.01) G06F 119/20(2020.01) (54)发明名称 一种定速定桨风电机组气动设计方法及系 统 (57)摘要 本发明公开了一种定速定桨风电机组气动 设计方法及系统， 依据设计需求和蓄电池特性确 定额定风速点、 额定功率及传动效率， 估计风轮 直径初始值； 预估风轮额定转速初始值和设计风 速初始值； 根据风轮直径初始值选取设计截面； 在设计风速初始值处对各个设计截面进行气动 设计， 基于设计的叶片参数， 对所设计的叶片进 行气动计算， 获得额定风速a、 风速a ‑1、 风速a+1 下的电功率； 依据额定风速a处的功率与初始模 块得到的额定功率误差， 对风轮直径进行自动修 正， 依据额定风速a附近功率的变化趋势对设计 风速初始值进行修正， 本发明方法简单、 可靠， 保 持额定风速处的功率与期望额定功率的误差在 误差范围内， 无需人为操作， 大 大减少人力成本 。 权利要求书3页 说明书9页 附图1页 CN 115495887 A 2022.12.20 CN 115495887 A 1.一种定 速定桨风电机组气动设计方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1、 依据设计需求和蓄电池特性确定额定风速点a、 额定功率b及 传动效率c； S2、 根据步骤S1 获得的额定风速点a、 额定功率b及 传动效率c估计风轮直径初始值e0； S3、 根据步骤S1获得的额定风速点a和步骤S2获得的风轮直径初始值e0， 预估风轮额定 转速初始值g0； S4、 根据步骤S2获得的风轮直径初始值e0和步骤S3获得的风轮额定转速初始值g0， 预估 设计风速初始值h0； S5、 根据步骤S2得到的风轮直径初始值e0选取设计截面； S6、 在步骤S4得到的设计风速初始值h0处对步骤S5选取的各个设计截面进行气动设计 以确定叶片参数； S7、 基于步骤S6设计的叶片参数， 对所设计的叶片进行气动 计算， 获得额定风速a、 风速 a‑1、 风速a+1下的电功率t1， t2， t3； S8、 依据步骤S7得到的功率t1与步骤S1得到的额定功率b的误差， 以步骤S2得到的风轮 直径初始值e0为迭代初始值， 对风轮直径e进行自动迭代修正， 返回步骤S5； S9、 依据步骤S7 得到的功率值t1， t2， t3， 以步骤S4得到的设计风速初始值h0为迭代初始值， 对设计风速h进 行自动迭代修 正， 返回步骤S6； S10、 重复步骤S7～S9， 当叶片参数在指定风速点失速且失速功率为额定功率时， 确定 最终叶片参数， 完成定 速定桨风电机组气动设计。 2.根据权利要求1所述的定速定桨风电机组气动设计方法， 其特征在于， 步骤S2中， 风 轮直径初始值e0具体为： 其中， g为入流密度， d0为额定风速点失速时的风能利用系数。 3.根据权利要求1所述的定速定桨风电机组气动设计方法， 其特征在于， 步骤S3中， 风 轮额定转速初始值g0为： 其中， f为 额定风速点失速的叶尖速比。 4.根据权利要求1所述的定速定桨风电机组气动设计方法， 其特征在于， 步骤S4中， 风 速预估值h0为： 其中， i为翼型升阻比最大的攻角。 5.根据权利要求1所述的定速定桨风电机组气动设计方法， 其特征在于， 步骤S5中， 选 取设计截面的条件为： 叶尖处的截面密度大于其 他位置的截面密度。 6.根据权利要求1所述的定速定桨风电机组气动设计方法， 其特征在于， 步骤S6具体 为： S601、 基于Wilson设计方法， 考虑以设计风速初 始值h0处的风能利用系数最大为优 化目权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115495887 A 2标和基于势流理论的能量约束条件， 求 解轴向诱 导因子m和 切向诱导因子n； S602、 依据步骤S601获得的轴向诱导因子m和切向诱导因子n， 计算叶片各截面的入流 角o、 扭角p和弦长q。 7.根据权利要求6所述的定速定桨风电机组气动设计方法， 其特征在于， 各截面的入流 角o、 扭角p和弦长q具体为： 各截面入流角o 为： 各截面的扭角p为： p＝o‑i 各截面的弦长q为： 其中， r为最大升阻比攻角下的翼型升力系数， s为最大升阻比攻角下的翼型阻力系数， k为各截面离叶根的距离， L(m,n)为各截面的叶尖损失因子 。 8.根据权利要求1所述的定速定桨风电机组气动设计方法， 其特征在于， 步骤S8中， 对 风轮直径e进行自动修 正具体为： 若误差|b ‑t1|>u， 依据e＝e+ke(b‑t1)对风轮直径进行修正， 并反馈到步骤S5； 若误差| b‑t1|≤u， 则不对风轮直径进行修 正， u为正常数； ke为正常数。 9.根据权利要求1所述的定速定桨风电机组气动设计方法， 其特征在于， 步骤S9中， 对 设计风速初始值进行修 正具体为： 若t1>t2且t1≥t3， 失速点在额定风速点a附近， 不作修正， 输出当前迭代步的弦长、 扭角 值， 结束叶片 气动设计流 程； 若t3≥t1>t2， 失速点在额定风速点a的右侧， 修正设计风速初始值： h＝h ‑0.1， 并反馈到 步骤S6； 否则， 失速点在额定风速点a的左侧， 修正设计风速初始值： h＝h+0.1， 并反馈到步骤 S6。 10.一种定 速定桨风电机组气动设计系统， 其特 征在于， 包括： 初始模块， 依据设计需求和蓄电池特性确定额定风速点a、 额定功率b及传动效率c， 估 计风轮直径初始值e0； 预估模块， 根据初始模块获得的额定风速点a和风轮直径初始值e0预估风轮额定转速初 始值g0， 根据风轮直径初始值e0和风轮额定转速初始值g0预估设计风速初始值h0； 选择模块， 根据预估 模块获得的风轮直径初始值e0选取设计截面； 计算模块， 在预估模块得到的设计风速初始值h0处对选择模块选取的各个设计截面进 行气动设计以确定叶片参数， 基于叶片参数对所设计的叶片进行气动计算， 获得额定风速 a、 风速a‑1、 风速a+1下的电功率t1， t2， t3； 设计模块， 依据计算模块得到的额定风速a处的功率t1与初始模块得到的额定功率b的 误差， 以初始模块得到的风轮直径初始值e0为迭代初始值， 对风轮直径e进行自动 迭代修正权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115495887 A 3