本发明专利技术涉及一种垂直轴风力发电系统的多场耦合试验方法及系统，所述的垂直轴风力发电系统的风能－机械能－电能等多场交叉耦合试验方法，不仅为风轮、发电机、电压控制器的结构设计和参数优化提供试验验证手段，更可为风能转换系统中的各部件之间的耦合匹配参数确定提供设计依据，同时为垂直轴风力发电的系统性能优化和耦合技术分析提供新的试验方法和手段。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于垂直轴风カ发电系统的耦合
，涉及ー种垂直轴风カ发电系统的多场交叉耦合试验方法和手段。
技术介绍
风能作为ー种可再生、无污染的緑色能源，储量十分丰富，已逐渐成为世界各国大カ开发利用的一种新能源。近年来，风カ发电在世界的能源总量中所占的比例逐渐提高，风电已经成为世界上发展最快、最具发展前景的能源开发方式。风能的大規模开发利用，将会有效减少石化能源的消耗、減少温室气体排放、保护环境。垂直轴风カ发动机的三戟消涡风轮(申请号200810049517. 4，授权公告号CN 101260864 B)在垂直轴阻カ风轮的基础上采用全新的三戟内腔二次风能传递技术为垂直轴风轮风能传递提供了新的设计理念和技术手段。失速可控式永磁风カ发电机(申请号200810049516.X，授权公告号CN 101539103 B)设计的与风轮同轴的直接驱动失速可控式永磁风カ发电可在较大风速范围内进行工作并具有失速自控功能，可为电カ市场提供新的绿色环保能源装置。风カ发电机组的电压控制器(申请号200810141502. 0，公开公告号CN101447760)为离网型直驱式垂直轴风カ发电机组提供ー种结构简单可靠、运行稳定的电压控制方案。一种简捷型垂直轴风カ发电机风轮的风洞试验装置(ZL 2010 2 0253480. X)试图为垂直轴风轮设计提供优化的试验性能參数和发电机匹配设计參数。简捷型风洞试验装置结构简单、制造方便、成本低廉，在一定的风速范围内可以模拟风场进行试验探索。而实测结果表明，该装置风カ损失系数过大，不能为垂直轴风轮设计提供有用的极限设计參数；再者，测カ计与风轮之间采用皮带连接，皮带张紧力、皮带与风轮法兰之间的摩擦カ以及不同的风カ大小直接影响测カ计的测试精度，致使无法定量分析和确定垂直轴风轮的特性參数。另外，如何捕获垂直轴风轮的最大风能利用特性？如何根据风轮的输出性能匹配永磁发电机的功能參数？如何使得电压控制器能在优化充电次数、充电电压等參数的基础上最大限度将不稳定的电功率转化给蓄电池并有效地延长电池寿命。就有必要从风カ发电系统的全局稱合技术角度出发，对垂直轴风カ发电机系统的多场交叉稱合技术、试验方法和手段进行探索追究。将风能转换系统作为研究对象是国际上近年来系统集成分析技术在风能技术应用的热点之一。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供ー种垂直轴风カ发电系统的多场耦合试验方法，用以现有技术弥补现有技术的空白，用以系统地测试整个风カ机组性能，评估设计參数。另外，本专利技术还提供了一种实施上述方法的试验系统。为实现上述目的，本专利技术的方案是ー种垂直轴风カ发电系统的多场稱合试验方法，包括如下步骤A.风轮试验，利用风洞产生一个可调节风能的风场；在风场中测试风轮特性，输入检測量为风速，输出检測量为扭矩、转速； B.发电机试验，测试发电机输入输出特性，输入检測量为扭矩、转速和功率、输出检测量为三相电流、电压和电功率； C.电压控制器试验，测试电压控制器输入输出特性，输入參数为三相电流、电压和电功率，输出參数为直流电流、电压和电功率； D.參数分析，综合分析风轮、发电机和控制器的部件性能，通过各自的效率曲线估算出发电机组的整体性能，改进设计參数，为整机耦合试验做好技术准备； E.整机试验，组装风轮、发电机、电压控制器、蓄电池为风カ发电机组样机，进行试验；输入检測量为风速，输出检测量为电压控制器输出的电功率，判断出整体耦合最佳性能。本专利技术的系统方案ー种垂直轴风カ发电系统的多场稱合试验系统，包括风洞，风洞中设有速度可控的通风机，风洞出口处的风场中设有用于安装垂直轴风轮试件的第一试 验台，以及用于安装与垂直轴风轮试件传动连接的发电机试件的第二试验台，用于安装将发电机试件发出的三相电整流调压为直流电的电压控制器试件的第三试验台；所述第一试验台上设有用于测量风速的风速仪，第一试验台与第二试验台之间设有用于测量风轮试件扭矩的扭矩传感器，第二试验台上设有用于测量发电机试件输出电能的三相电參数监测装置；第三试验台上设有用于检测电压控制器试件输出电能的电源管理装置。所述试验系统还包括一个采集数据并进行分析处理的上位机系统，上位机系统中的数据采集単元与所述风速仪、扭矩传感器、三相电參数监测装置、电源管理装置通讯连接。所述扭矩传感器为盘式耦合传感器，其输出通过AD转换模块连接所述数据采集单元。所述三相电參数监测装置通过所述AD转换模块连接所述数据采集单元。所述电压控制器试件输出连接蓄电池，蓄电池通过逆变器输出连接负载箱。所述风洞为回流式风洞。本专利技术能够以风能转换系统为对象获得垂直轴风カ发电系统中风能一机械能ー电能等多场能量交叉耦合转换过程中各元器件的性能參数。风洞装置由交流变频调速器(简称为变频器)通过调节电源频率来控制来流风速的大小，垂直轴风轮试件(专利文件200810049517. 4)将风能转化为机械能，盘式耦合传感器(盘式扭矩信号耦合器)检测风轮试件的输出转速、力矩及功率等性能參数并通过A/D转换模块变换为计算机可读式数字信号，外传子永磁发电机试件(专利文件200810049516.X)为转换机械能至电能的器件，三相综合电參数测试仪检测发电机的输出电流、电压及功率等性能參数并通过A/D转换模块变换为计算机数字信号，通过盘式耦合传感器的检测值和三相综合电參数测试仪的检测值可计算出发电机试件的转换效率特性，电压控制器试件(专利文件200810141502. O)将不稳定的发电机输出參数变为蓄电池所需的充电电压和电流，电源管理装置所检测得到的电量參数结合三相综合电參数测试仪的测试值经分析计算便可以掌握电压控制器试件的效率特性，负载装置则是用来释放蓄电池的存储能量，而上位机系统则是以计算机为载体的多场耦合分析的数据采集平台。所述的多场交叉耦合的试验设置变频器的频率值并启动之，与变频器相连的通风机运转在风洞的出口处产生一定风速的风场，设置在风场中的垂直轴风轮试件随之转动将风能转换为机械动能，与风轮同轴固联的外传子永磁发电机试件同时运转实现机械能到电能的传递转换，外传子永磁发电机试件的输出电能经电压控制器试件调整为蓄电池所需的充电能量，蓄电池的存储能量由负载装置释放。所述的多场交叉耦合试验的性能參数有，以掠风面积和风速来衡量的风能大小Eff,以盘式耦合传感器检测得到的风轮试件转速和风轮カ矩来确定的风轮输出功率Em，以三相电參数测试仪检测得到的发电机试件的电压和电流来评价的发电机输出功率Ee，以电源管理装置所检测得到的电压控制器试件的电量參数Ec。所述的风能功率Ew可根据空气密度P、风轮掠风面积A和风速V来计算， Ew =1/2* PV3 (I) 所述的风轮输出功率Em可根据盘式耦合传感器所检测得到的风轮扭矩T和风轮转速η来计算， ΕΜ = 2π / 60*T*n(2) 所述的发电机输出功率Ee可根据盘式耦合传感器所检测得到的发电机单相输出电压U 和电流I来计算。当负载为纯电阻负载时，发电机输出功率Ee的计算公式为Eg = 3 * U * I(3) 所述的电压控制器的转换能量Ec可由蓄电池參数测试仪所检测得到的输出电压U和电流I来计算， Ec = U * I(4) 所述的多场交叉试验的耦合參数有，垂直轴风轮试件的风能利用率nM，发电本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种垂直轴风力发电系统的多场耦合试验方法，其特征在于，包括如下步骤 风轮试验，利用风洞产生一个风力可调节的风场；在风场中测试风轮特性，输入检测量为风速，输出检测量为扭矩、转速； 发电机试验，测试发电机输入输出特性，输入检测量为扭矩、转速和功率、输出检测量为三相电流、电压和电功率； 电压控制器试验，测试电压控制器输入输出特性，输入参数为三相电流、电压和电功率，输出参数为直流电流、电压和电功率； 参数分析，综合分析风轮、发电机和控制器的性能，通过各自的效率曲线估算出发电机组的整体性能，改进设计参数，为整机耦合试验做好技术准备； 整机试验，组装风轮、发电机、电压控制器、蓄电池为风力发电机组样机，进行试验；输入检测量为风速，输出检测量为电压控制器输出的电功率，判断出整体耦合最佳性能。2.一种垂直轴风力发电系统的多场耦合试验系统，其特征在于，包括风洞，风洞中设有速度可控的通风机，风洞出口处的风场中设有用于安装垂直轴风轮试件的第一试验台，以及用于安装与垂直轴风轮试件传动连接的发电机试件的第二试验台，用于安装将发电机试件发出的三相电整流调压为直流电的电压控制器试件的第三试验台；所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨宗霄，宋磊，张春阳，王隆彪，杨航航，张方舟，徐萧，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：
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