水平轴风机大偏航角下可能混入垂直轴风机的出力特性

杨正瓴，刘丁一

2019-02-25

天津大学电气自动化与信息工程学院，天津 300072

假定浆桨距角（pitch angle）很小且固定不变，水平轴风力发电机在偏航角（yaw angle）较小时，是一个典型的“水平轴风力发电机”。如下面图1（a）所示。

当偏航角（yaw angle）较大时，如接近90度，则水平轴风力发电机不再是一个典型的“水平轴风力发电机”，而是混入“垂直轴风力发电机”的特性。如下面图1（b）所示。将该图旋转90度，如下面图1（c）所示。显然，图1（c）状态下会混入“垂直轴风力发电机”的特性。

从文献[1]的风洞实验看（图2，原文Fig. 4），当偏航角超过45度时，其水平轴风机的出力出现了偏离“Cosine-cubed法则”的现象。即偏离了“水平轴风力发电机”的典型功率曲线（power curve）特性。

图2   Karasudani 的小型水平轴风机出力风洞实验结果

下面图3 为某实际水平轴风机的观测数据的局部绘图。蓝线是浆桨距角（pitch angle），粉红线是偏航角（yaw angle），绿线是风速（放大值），红线是风机出力（缩小值）；黑线为90度。不难发现：浆桨距角很小，偏航角接近90度附近时，风机出力不是0，仍然有一定的出力。

图3   某实际水平轴风机的观测数据

提高水平轴风机的对风性能，即保持小的偏航角，会保持典型的“水平轴风力发电机”的典型功率曲线。进而有利于提高超短期、短期风电功率预测的预测值^[2,3]。

参考资料：

[1] Karasudani T，Okino M，Watanabe K，et al．On the effects of the change of wind direction to the dynamical property of a wind[J]．Kyushu University Institutional Repository，2009，(136)：23-27．

[2] 薛禹胜，陈宁，王树民，等．关于利用空间相关性预测风速的评述[J]．电力系统自动化，2017，41(10)：161-169．

[3] 乔颖，鲁宗相，闵勇．提高风电功率预测精度的方法[J]．电网技术，2017，41(10)：3261-3269．