(内蒙古工业大学能源与动力工程学院 内蒙古 呼和浩特 010051)

前言

风能在清洁能源中占有了比较大的占有比重,风能发电为作对风能利用的主要形式逐渐受到了普遍的看重。风，是人类最早认识的自然现象之一，同时也无处不在，由阳光照射到地球表面时导致各处受热不均匀，形成温差引起大气的相对运动而产生的。风能却是空气流动所产生的动能，风能是一种活跃的清洁能源，取之不尽，用之不竭，储量丰富。科学利用风能资源，不仅可以因能源短缺造成的日益严重的危机，而且可以减少对环境的破坏。

中小型风电系统的技术进步受到缺乏独立的性能测试和认证标准的限制。对于中小型风力机的纺织试验工作世界各国纷纷投资进入。其中，相继启动了小型风力发电机组性能试验项目研究的是美国、英国、加拿大和台湾。中国对于中小型风力发电机组的测试和认证也非常重视。在评价中小型风力发电机组性能的重要指标中，功率特性是最重要的。它不仅可以作为风力机控制方案的依据，而且可以判断风力机的输出性能。整机改进起到指导作用。

一、理论基础

(一)功率系数

1.风能转换效率

(1-1)

式中 р——风能转换功率，w；

ρ——空气密度，kg/m2；

s——风力发电机有效作用面积，m2；

ν——平均风速，m/s。

二、功率测试方法分析

(一)Matlab工具计算法

分析风力机叶片的受力，借助Matlab工具进行算式推演，使用风力功率公式进行算式推演。

(二)FLuent软件模拟法

利用FLuent软件在风力机给定风速下的气动流场流态的状态下进行分析，力矩风能利用系数和入流角等参数进行计算来进行研究。

对两种方法的优缺点比较：分析风力机叶片，借助外部流体阻力算式，查表找出阻力系数，采用Matlab计算机软件，得到了许多系列方程的能量使用系数c的途径，查找表格得到了阻力系数。大量的该系数是从实验测试里得出来的，实验条件和空气压力、温度、湿度等因素都会对其造成影响，以及书中常用的数值都来自于很多都是很久以前测得的，欠缺了可信度。该方法还存在许多的缺陷，需要解决。

得到功率值和风能利用系数的得出，首先要得到转轴的扭矩值，而转轴的扭矩值是通过对风力机流场进行分析和仿真(利用fluent软件)来得到的。还有一些关键数据如风速、空气密度和转速，需要实验测量。最后，需要将仿真结果与实验结果进行比较是为了更有效地设计和改进风力机结构。

(三)Matlab软件编程法

风力发电机组测试系统采集风力发电机组数据，并通过Matlab软件编写的分析程序对采集到的风力发电机组数据进行现场分析处理的基础是在风力发电机组测试工作。缩减整个测试期间的效果显著，对风力机的测试工作进行精简化处理，测试设施增加了可视化性能，使用起来变得更加方便快捷。

(四)Matlab软件和GUI控制模块综合编程法

以试验标准中的bin法为方法的前提条件。针对现有风电机组功率特性试验结果分析方法中存在着不能自动筛选和计算现场试验数据的不足的问题，提出了一种改进的现场风电机组功率特性试验数据分析方法。对具体的风电场风电机组试验数据作为实验对象，编写测试程序(采Matlab软件和GUI控制模块)，对测试的风力机功率曲线进行处理和分析放在试验现场进行，对传统分析方法的不足进行了改进，风力机功率的测试效果得到了提高，测试结果时间得到了缩短。

优点:与过去的实验方法相较而言，测试数据实时监测、功率曲线去除可视化等是本发明具有的鲜明特点，风电功率测量的效率得到了提高，整个测试周期得到了缩短，对后期风机功率预期等工具具有一定的实用价值。

传统测试方法的缺点:一、对计算结果和风机实时功率曲线的可视化传统设备是没有的；其次，对风机数据的后处理来由人工完成，手动解析，测试周期得到了增加。结合Matlab数据处理软件采集平台和LabVIEW软件，功率测试按照IEC标准。

本方法具有大时间范围监测现场中的参量、预修正、记忆、解析等能力，现有的excel生成报表过程工作量不轻松、易出错等瑕疵得到了改进，Matlab强大的功能对现场得到的数据进行精简，为可靠的评估实际系统的功率特性供给了的实验数据。

三、结论

1)数值模拟对相关参数有严格的要求，现场测试对实验条件有要求。

2)功率测试法改进的方向是是在进一步提高功率测试的可视性化和精确度化、缩短测试周期。进而能更加真实客观的反映风力机运行性能，进而为提高经济效益提供建设性意见，风力机实验功率测试中，对于可能影响到功率测试的相关因素要进行预处理，进而提高整体测试的精确性。