CN112780484A - 风电叶片的扭角分布设计方法、装置和电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种风电叶片的扭角分布设计方法、装置和电子设备，所述扭角分布设计方法包括：确定多个修正函数，其中每个修正函数均为光滑曲线；将各个修正函数与原始扭角分布函数叠加，得到对应的第一扭角分布函数；将各个第一扭角分布函数融合为第二扭角分布函数；以风能利用系数最大为目标，对第二扭角分布函数进行迭代，得到各修正函数的目标修正值。本发明的扭角分布设计方法，能使扭角分布曲线保持平滑光顺，且能实现基于已有风电叶片型号扭角分布上的扭角分布自动优化，显著提高风机叶片的优化效率，提高叶片优化效果。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电机技术领域，尤其涉及一种风电叶片的扭角分布设计方法、装置和电子设备。
背景技术
风电市场的竞争及风力技术的发展，要求尽可能缩短叶片的设计定型周期，对叶片气动外形如弦长、扭角和相对厚度自动化优化设计有越来越高的要求。
在现有技术中，对叶片扭角进行优化设计时通常采用先对每一个截面单独寻优，调整扭角，然后再反过来对扭角分布进行重新调整使其光顺的方法，该方法需要耗费较多的时间，得到的扭角过渡也不光顺；且完全依靠人工对叶片扭角进行调整，设计出来的扭角分布也难以达到最优分布。
发明内容
本发明提供一种风电叶片的扭角分布设计方法、装置和电子设备，用以解决现有技术中扭角分布过渡不光顺，耗费时间多的缺陷，实现快速、优化地扭角分布设计。
本发明提供一种风电叶片的扭角分布设计方法，包括：
确定多个修正函数，其中每个修正函数均为光滑曲线；
将各个所述修正函数与原始扭角分布函数叠加，得到对应的第一扭角分布函数；
将各个所述第一扭角分布函数融合为第二扭角分布函数；
以风能利用系数最大为目标，对所述第二扭角分布函数进行迭代，得到各修正函数的目标修正值。
根据本发明提供的一种风电叶片的扭角分布设计方法，所述确定多个修正函数，其中每个修正函数均为光滑曲线，包括：
确定第一修正函数、第二修正函数和第三修正函数，其中第一修正函数为绝对值从叶根到叶尖逐渐变大的光滑曲线，第二修正函数为绝对值从叶尖到叶根逐渐变大的光滑曲线，第三修正函数为定值。
根据本发明提供的一种风电叶片的扭角分布设计方法，
所述第一修正函数为直线型，且在叶根处的绝对值为0；
所述第二修正函数为直线型，且在叶尖处的绝对值为0。
根据本发明提供的一种风电叶片的扭角分布设计方法，所述对所述第二扭角分布函数进行迭代，包括：
对所述第二扭角分布函数进行多次迭代，且后一次迭代中各个所述修正函数的修正值的范围在前一次迭代中各个所述修正函数的修正值的范围之内，后一次迭代的变化步长小于前一次迭代的变化步长。
根据本发明提供的一种风电叶片的扭角分布设计方法，所述对所述第二扭角分布函数进行多次迭代，包括：
对所述第二扭角分布函数进行第一次迭代，且各个所述修正函数的修正值的范围均为[a，b]，变化步长为c，其中-6°≤a≤-2°，2°≤b≤6°，0.3°≤c≤1°，得到优化后的第二扭角分布函数；
对所述优化后的第二扭角分布函数进行第二次迭代，且各个所述修正函数的修正值的范围均为[d，e]，变化步长为f，其中-1°≤d≤0，0≤e≤1°，0.01°≤f≤0.2°，得到优化后的第三扭角分布函数。
根据本发明提供的一种风电叶片的扭角分布设计方法，所述以风能利用系数最大为目标，对所述第二扭角分布函数进行迭代，得到各修正函数的目标修正值，包括：
使用正交试验确定待选参数组；
使用叶素-动量理论，基于所述待选参数组计算对应的所述风能利用系数；
以风能利用系数最大为目标，从所述待选参数组中确定所述目标修正值。
根据本发明提供的一种风电叶片的扭角分布设计方法，所述使用叶素-动量理论，基于所述待选参数组计算对应的所述风能利用系数包括：
基于机组参数、叶片弦长、扭角、相对厚度分布以及翼型相对厚度所对应的升力系数CL、阻力系数CD、力矩系数CM与攻角的对应曲线，确定对应的所述风能利用系数。
本发明还提供一种风电叶片的扭角分布设计装置，包括：
第一确定模块，用于确定多个修正函数，其中每个修正函数均为光滑曲线；
第一处理模块，用于将各个所述修正函数与原始扭角分布函数叠加，得到对应的第一扭角分布函数；
第二处理模块，用于将各个所述第一扭角分布函数融合为第二扭角分布函数；
第三处理模块，用于以风能利用系数最大为目标，对所述第二扭角分布函数进行迭代，得到各修正函数的目标修正值。
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述风电叶片的扭角分布设计方法的步骤。
本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述风电叶片的扭角分布设计方法的步骤。
本发明提供的风电叶片的扭角分布设计方法、装置和电子设备，通过将原始扭角分布函数分别与多个修正函数融合得到多个第一扭角分布函数，将多个第一扭角分布函数进行相互融合得到第二扭角分布函数，通过该方法得到的扭角分布曲线能够依旧保持光滑；通过以风能利用系数最大为目标对第二扭角分布函数进行迭代，得到目标修正值，从而实现基于已有风电叶片型号扭角分布上的扭角分布自动优化，显著提高风机叶片的优化效率，提高叶片优化效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一些实施例提供的风电叶片的扭角分布设计方法的流程示意图；
图2是本发明一些实施例提供的第一修正函数图；
图3是本发明一些实施例提供的第一扭角分布函数图之一；
图4是本发明一些实施例提供的第二修正函数图；
图5是本发明一些实施例提供的第一扭角分布函数图之二；
图6是本发明一些实施例提供的第三修正函数图；
图7是本发明一些实施例提供的第一扭角分布函数图之三；
图8是本发明一些实施例提供的风电叶片的扭角分布设计装置的结构示意图；
图9是本发明一些实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合图1-图7描述本发明的风电叶片的扭角分布设计方法。
该风电叶片的扭角分布设计方法的执行主体可以为用户的终端，终端可以为用户的手机或电脑等。
如图1所示，本发明实施例提供的风电叶片的扭角分布设计方法包括：步骤110、步骤120、步骤130和步骤140。
步骤110，确定多个修正函数，其中每个修正函数均为光滑曲线；
在该步骤中，修正函数的横坐标为叶片归一化展向长度，纵坐标为叶片扭角修正值。
其中，归一化展向长度即为将叶片实际长度经过数据处理，将其映射到0～1范围之内得到的数据，通过归一化处理，可以将有量纲的数据转化为无量纲的数据，统一数据标准，方便后续快速计算。
修正函数为光滑曲线，修正函数上的每一个点，分表表示叶片在该归一化展向长度处对应的扭角修正值，整个修正函数用于表征叶片沿展向上的每一处的扭角修正值。
其中，在同一个修正函数中，各展向长度对应的扭角修正值的大小可以相等，或者可以不相等；扭角修正值可以为负数、正数或者为零。
修正函数的数量可以为一个，或者可以为多个，分别用于表征多种不同的扭角修正值。
修正函数的类型可以为线性函数、二次函数或三次函数中的任意一种。
步骤120，将各个修正函数与原始扭角分布函数叠加，得到对应的第一扭角分布函数；
在该步骤中，原始扭角分布函数的横坐标为叶片归一化展向长度，纵坐标为叶片原始扭角值。
原始扭角分布函数为光滑曲线，用于表征叶片沿展向上的每一处对应的原始扭角值，即原始扭角分布曲线。
发明人在研究过程中发现，在对风电叶片的扭角进行优化时，若每一个截面单独寻优，调整扭角，使叶片在该截面沿叶片旋转方向的分力最大，由于叶片弦长和相对厚度变化的差异，会导致扭角过渡不光顺，反过来又要求对扭角分布进行重新调整使其光顺，这会耗费大量时间。
在该步骤中，通过将步骤110得到的修正函数与原始扭角分布函数叠加，可以得到第一扭角分布函数，第一扭角分布函数的横坐标为叶片归一化展向长度，纵坐标为叶片扭角经过修正后的第一扭角值。
通过该步骤得到的第一扭角分布函数，依旧为光滑曲线，用于表征叶片扭角经过修正后，沿展向上的每一处对应的修正后的第一扭角值，第一扭角分布曲线保持平滑。
每个修正函数对应一个第一扭角分布函数，每个第一扭角分布函数用于表征在经过该修正函数修正后的叶片第一扭角分布。
第一扭角分布函数的数量可以为一个，或者可以为多个。其数量与修正函数个数相等。
步骤130，将各个第一扭角分布函数融合为第二扭角分布函数；
在该步骤中，通过步骤120已经得到多个第一扭角分布函数，将各个第一扭角分布函数融合，可以得到第二扭角分布函数。
第二扭角分布函数横坐标为叶片归一化展向长度，纵坐标为叶片扭角经过融合后的第二扭角值。
通过该步骤得到的第二扭角分布函数，依旧为光滑曲线，用于表征叶片扭角经过多个修正融合后，沿展向上的每一处对应的融合后的第二扭角值，第二扭角分布曲线保持平滑。
第二扭角分布曲线数量可以为一个，或者可以为多个，分别用于表征多种不同融合情况下的，叶片沿展向上的每一处对应扭角值。
步骤140，以风能利用系数最大为目标，对第二扭角分布函数进行迭代，得到各修正函数的目标修正值。
其中，风能利用系数用于表征风力发电机将风能转化成电能的转换效率。
风能利用系数受叶片弦长、扭角和相对厚度等多个因素的影响，即不同扭角分布曲线对应的叶片的风能利用系数是不一样的。
在该步骤中，以风能利用系数最大为目标，通过比较由步骤130得到的多个第二扭角分布曲线对应的叶片的多个风能利用系数，选择其中风能利用系数最大值对应的第二扭角分布曲线作为最优扭角分布曲线，该曲线对应的扭角修正值，即为目标修正值。
在该目标修正值下，叶片的风能利用系数能达到最优，而该目标修正值对应的扭角分布，即为最优扭角分布。
根据本发明实施例提供的风电叶片的扭角分布设计方法，通过将原始扭角分布函数分别与多个修正函数融合得到多个第一扭角分布函数，将多个第一扭角分布函数进行相互融合得到第二扭角分布函数，通过该方法得到的扭角分布曲线能够依旧保持光滑；通过以风能利用系数最大为目标对第二扭角分布函数进行迭代，得到目标修正值，从而实现基于已有风电叶片型号扭角分布上的扭角分布自动优化，显著提高风机叶片的优化效率，提高叶片优化效果。
根据本发明的一些实施例，在步骤110中，确定多个修正函数，其中每个修正函数均为光滑曲线，还包括：
确定第一修正函数、第二修正函数和第三修正函数，其中第一修正函数为绝对值从叶根到叶尖逐渐变大的光滑曲线，第二修正函数为绝对值从叶尖到叶根逐渐变大的光滑曲线，第三修正函数为定值。
在该实施例中，根据叶片构造，可以将叶片划分出叶根模块和叶尖模块，通过将各模块作为扭角修正的起始点，可以得到对应的修正后的扭角分布曲线。
当将叶尖模块作为扭角修正的起始点时，首先确定叶尖处的第一扭角修正值，基于该第一扭角修正值，确定第一修正函数。
其中，第一修正函数为绝对值从叶根到叶尖逐渐变大的光滑曲线，即当第一修正值为正数时，叶片沿展向上的每一处对应扭角修正值逐渐变大；或者当第一修正值为负数时，叶片沿展向上的每一处对应扭角修正值逐渐减小。
当将叶根模块作为扭角修正的起始点时，首先确定叶根处的第二扭角修正值，基于该第二扭角修正值，确定第二修正函数。
其中，第二修正函数为绝对值从叶尖到叶根逐渐变大的光滑曲线，即当第二修正值为正数时，叶片沿展向上的每一处对应扭角修正值逐渐减小；或者当第一修正值为负数时，叶片沿展向上的每一处对应扭角修正值逐渐变大。
当将叶尖模块和叶根模块整体作为扭角修正的起始点时，首先确定叶尖和叶根处的第三扭角修正值，基于该第三扭角修正值，确定第三修正函数。
其中，第三修正函数为定值，即叶片沿展向上的每一处对应扭角修正值处处相等。
根据本发明实施例提供的风电叶片的扭角分布设计方法，通过将叶片进行模块化划分，以各模块作为扭角修正的起始点，可以得到多个修正函数，经该修正函数与原始扭角分布函数融合后得到的第一扭角分布函数，能够依旧保持光滑，不需要人工手动进行调整。
根据本发明的一些实施例，如图2-图7所示，在通过步骤110得到的多个修正函数中，第一修正函数为直线型，且在叶根处的绝对值为0；第二修正函数为直线型，且在叶尖处的绝对值为0。
在该实施例中，当将叶尖模块作为扭角修正的起始点时，对叶根模块不做修正；
首先设第一扭角修正值为1°，即在叶尖处的扭角修正值为1°，在叶根处的扭角修正值为0；
基于该第一扭角修正值，可以得到一条经过原点和第一象限的一次函数，该函数即为第一扭角修正值为1°时对应的第一修正函数，如图2所示；
通过将该第一修正函数与原始扭角分布函数叠加，可以得到第一扭角修正值为1°时对应的第一扭角分布函数，如图3所示；
该第一扭角分布函数在叶片归一化展向长度为0处，对应的叠加后的第一扭角值与原始扭角值相同，随着叶片归一化展向长度的增加，其对应的叠加后的第一扭角值逐渐增大，在叶片归一化展向长度为1处，对应的叠加后的第一扭角值比原始扭角值大1°；
通过该方法得到的第一扭角分布函数对应的第一扭角分布，可以保持平滑光顺。
同理，当将第一扭角修正值设为-1°时，即在叶尖处的扭角修正值为-1°，在叶根处的扭角修正值为0；
基于该第一扭角修正值，可以得到一条经过原点和第四象限的一次函数，该函数即为第一扭角修正值为-1°时对应的第一修正函数；
通过与上述相同的方法，可以得到第一扭角修正值为-1°时对应的叠加后的第一扭角分布函数，本发明不做赘述。
当将叶根模块作为扭角修正的起始点时，对叶尖模块不做修正；
首先设第二扭角修正值为1°，即在叶根处的扭角修正值为1°，在叶尖处的扭角修正值为0；
基于该第二扭角修正值，可以得到一条分别经过x和y轴正方向以及第一象限的一次函数，该函数即为第二扭角修正值为1°时对应的第二修正函数，如图4所示；
通过将该第二修正函数与原始扭角分布函数融合，可以得到第二扭角修正值为1°时对应的第一扭角分布函数，如图5所示；
该第一扭角分布函数在叶片归一化展向长度为0处，对应的叠加后的第一扭角值比原始扭角值大1°，随着叶片归一化展向长度的增加，其对应的叠加后的第一扭角值逐渐减小，在叶片归一化展向长度为1处，对应的叠加后的第一扭角值与原始扭角值相同；
通过该方法得到的第一扭角分布函数对应的第一扭角分布，可以保持平滑光顺。
同理，当将第二扭角修正值设为-1°时，基于同样的方法，可以得到一条经过y轴负方向、x轴正方向和第四象限的一次函数为第二修正函数，基于第二修正函数得到第二扭角修正值为-1°时对应的第一扭角分布函数，本发明不做赘述。
当将叶尖模块和叶根模块整体作为扭角修正的起始点时，对叶尖模块和叶根模块都做了修正；
首先设第三扭角修正值为1°，即在叶尖和叶根处的扭角修正值都为1°；
基于该第三扭角修正值，可以得到一条平行于x轴的一次函数，该函数即为第三扭角修正值为1°时对应的第三修正函数，如图6所示；
通过将该第三修正函数与原始扭角分布函数融合，可以得到第三扭角修正值为1°时对应的第一扭角分布函数，如图7所示；
该第一扭角分布函数在叶片归一化展向长度各位置处，对应的叠加后的第一扭角值都比原始扭角值大1°；
通过该方法得到的第一扭角分布函数对应的第一扭角分布，可以保持平滑光顺。
但本发明并不仅限于此，扭角修正值可以根据实际应用，设置为任何度数，如：-1°、0.6°或6°等任意数值，本发明对此不做限定。
根据本发明实施例提供的风电叶片的扭角分布设计方法，通过将叶片进行模块化划分，以各模块作为扭角修正的起始点，可以得到多条修正曲线，经该修正曲线与原始扭角分布曲线融合后得到的第一扭角分布曲线，能够依旧保持光滑，不需要人工手动进行调整。
根据本发明的一些实施例，在步骤130中，对第二扭角分布函数进行迭代，还包括：
对第二扭角分布函数进行多次迭代，且后一次迭代中各个修正函数的修正值的范围在前一次迭代中各个修正函数的修正值的范围之内，后一次迭代的变化步长小于前一次迭代的变化步长。
在该实施例中，迭代次数可以为一次，或者迭代次数可以为两次，或者迭代次数可以为多次。
后一次迭代中各个修正函数的修正值的范围在前一次迭代中各个修正函数的修正值的范围之内，以缩小比较范围，使后一次迭代得到的结果较上一次更加精确。
后一次迭代的变化步长小于前一次迭代的变化步长，以缩小变量范围，使后一次迭代得到的结果较上一次更加精确。
在得到第一次迭代的最优修正值后，在第一次迭代的基础上，对优化后的第二扭角分布函数进行第二次迭代。
迭代次数越多，最终得到的目标修正值越精确。
根据本发明实施例提供的风电叶片的扭角分布设计方法，通过对第二扭角分布函数进行多次迭代，可以得到风能利用系数最大化下对应的目标修正值，从而实现叶片扭角分布的自动优化，显著提高风机叶片的优化效率，提高叶片优化效果。
根据本发明的一些实施例，对第二扭角分布函数进行多次迭代，包括：
对第二扭角分布函数进行第一次迭代，且各个修正函数的修正值的范围均为[a，b]，变化步长为c，其中-6°≤a≤-2°，2°≤b≤6°，0.3°≤c≤1°，得到优化后的第二扭角分布函数；
对优化后的第二扭角分布函数进行第二次迭代，且各个修正函数的修正值的范围均为[d，e]，变化步长为f，其中-1°≤d≤0，0≤e≤1°，0.01°≤f≤0.2°，得到优化后的第三扭角分布函数。
例如，选择额定功率4.5MW，叶片长80m的翼型风机叶片，取a＝-4°，b＝4°，c＝0.5°，即在第一次迭代中，使第一修正函数、第二修正函数和第三修正函数的修正值均在-4°～4°之间变化，变化步长为0.5°；
表1为该实施例中第一次迭代时，各修正函数变化范围与变化步长表；
表1
| 变量 | 最小值 | 最大值 | 变化步长 |
| 叶尖修正 | -4.0° | 4.0° | 0.5° |
| 叶根修正 | -4.0° | 4.0° | 0.5° |
| 整体修正 | -4.0° | 4.0° | 0.5° |
将第一修正函数、第二修正函数和第三修正函数分别与原始扭角分布函数叠加，得到多个修正值对应的修正后的第一扭角分布函数；
将多个第一扭角分布函数相互融合，得到多种融合方式对应的多个第二扭角分布函数；
分别计算得到多个第二扭角分布函数对应的风能利用系数Cp值，选择风能利用系数最大值对应的第二扭角分布函数对应的修正值作为第一次迭代的最优修正值；
在该实施例下，得到的最大风力利用系数Cp＝0.4849，对应的修正值分别为：第一修正函数对应的修正值为0，第二修正函数对应的修正值为0，第三修正函数对应的修正值为-0.1°。
在得到第一次迭代的最优修正值后，在第一次迭代的基础上，对优化后的第二扭角分布函数进行第二次迭代，确定各个修正函数的修正值的范围。
即，在第三修正函数对应的修正值为-0.1°的基础上，选择对应的各修正函数对应的修正值的范围，进行第二次迭代。
例如，可以取d＝-0.3°，e＝0.3°，f＝0.1°，即在第二迭代中，使第一修正函数、第二修正函数和第三修正函数的修正值均在-0.3°～0.3°之间变化，变化步长为0.1°；
表2为该实施例中第二次迭代时，各修正函数变化范围与变化步长表；
表2
| 变量 | 最小值 | 最大值 | 变化步长 |
| 叶尖修正 | -0.3° | 0.3° | 0.1° |
| 叶根修正 | -0.3° | 0.3° | 0.1° |
| 整体修正 | -0.3° | 0.3° | 0.1° |
通过与上述第一次迭代相同的步骤，可以得到风能利用系数最大值对应的第二扭角分布函数对应的修正值作为第二次迭代的最优修正值；
在该实施例下，得到的最大风力利用系数Cp＝0.4855，对应的修正值分别为：第一修正函数对应的修正值为-0.3°，第二修正函数对应的修正值为0.7°，第三修正函数对应的修正值为-0.1°，该值对应的扭角分布函数即为最优扭角分布函数。
上述实施例以对第二扭角分布函数进行二次迭代进行了举例说明，当然，基于设计效率和设计结果的精准度考量，还可以选择其他迭代次数，包括但不限于：一次或三次等。需要说明的是，下一次迭代时，后一次迭代中各个修正函数的修正值的范围在前一次迭代中各个修正函数的修正值的范围之内，后一次迭代的变化步长小于前一次迭代的变化步长。
根据本发明实施例提供的风电叶片的扭角分布设计方法，通过将原始扭角分布函数分别与多个修正函数融合得到多个第一扭角分布函数，将多个第一扭角分布函数进行相互融合得到第二扭角分布函数，通过该方法得到的扭角分布曲线能够依旧保持光滑；通过以风能利用系数最大为目标对第二扭角分布函数进行迭代，得到目标修正值，从而实现基于已有风电叶片型号扭角分布上的扭角分布自动优化，显著提高风机叶片的优化效率，提高叶片优化效果。
在一些实施例中，以风能利用系数最大为目标，对第二扭角分布函数进行迭代，得到各修正函数的目标修正值，包括：
使用正交试验确定待选参数组；
使用叶素-动量理论，基于待选参数组计算对应的风能利用系数；
以风能利用系数最大为目标，从待选参数组中确定目标修正值。
其中，使用正交实验确定待选参数组，可以对大量组合进行简化，兼顾成本与充分性的均衡，提高优化效率；
在确定得到待选参数组后，基于得到的待选参数组，使用叶素-动量理论计算各待选参数组对应的风能利用系数；
得到各待选参数组对应的风能利用系数后，以风能利用系数最大为目标，从待选参数组中确定目标修正值。
在该步骤中，最大风能利用系数对应的待选参数所对应的第二扭角分布，具有最大的风能利用率，故，将该待选参数作为目标修正值。
根据本发明实施例提供的风电叶片的扭角分布设计方法，通过对第一修正函数、第二修正函数和第三修正函数分别与原始扭角分布函数叠加，然后进行基于正交试验设计的待选参数组的确定，基于叶素-动量理论，以最大Cp值为目标函数，可以确定目标修正值，进而得到最优的扭角分布，显著提高了风机叶片的优化效率，保持扭角过渡光顺，提高了叶片优化效果。
在一些实施例中，使用叶素-动量理论，基于待选参数组计算对应的风能利用系数包括：
基于机组参数、叶片弦长、扭角、相对厚度分布、翼型相对厚度所对应的升力系数CL、阻力系数CD、力矩系数CM与攻角的对应曲线，确定对应的风能利用系数。
其中，机组参数包括但不限于：额定功率、切入风速、切出风速、平均风速以及威布尔分布weibull_k、额定转速、叶片长度、叶根端面到轮毂中心距离和变桨轴承与叶根连接直径等。
表3为本发明一些实施例的机组参数。
表3
| 说明 | 数值 | 单位 |
| 额定功率 | 4.5 | MW |
| 切入风速 | 3 | m/s |
| 切出风速 | 20 | m/s |
| 平均风速 | 9 | m/s |
| 威布尔分布weibull_k | 2 | |
| 额定转速 | 10 | rpm |
| 叶片长度 | 80 | m |
| 叶根端面到轮毂中心距离 | 1.6 | m |
| 变桨轴承与叶根连接直径 | 3 | m |
根据本发明实施例提供的风电叶片的扭角分布设计方法，通过以风能利用系数最大为目标，对第二扭角分布函数进行迭代，得到各修正函数的目标修正值，实现了叶片扭角优化的自动筛选调整，提高了叶片气动外形设计效率；还可以基于已有风电叶片型号扭角分布，在其扭角分布在成熟机型的基础上继续优化，降低了后续叶片系列化开发研发调整所需的工作量。
下面对本发明提供的风电叶片的扭角分布设计装置进行描述，下文描述的风电叶片的扭角分布设计装置与上文描述的风电叶片的扭角分布设计方法可相互对应参照。
如图8所示，本发明实施例提供的风电叶片的扭角分布设计装置包括：第一确定模块810、第一处理模块820、第二处理模块830和第三处理模块840。
第一确定模块810，用于确定多个修正函数，其中每个修正函数均为光滑曲线；
第一处理模块820，用于将各个修正函数与原始扭角分布函数叠加，得到对应的第一扭角分布函数；
第二处理模块830，用于将各个第一扭角分布函数融合为第二扭角分布函数；
第三处理模块840，用于以风能利用系数最大为目标，对第二扭角分布函数进行迭代，得到各修正函数的目标修正值。
在一些实施例中，确定多个修正函数，其中每个修正函数均为光滑曲线，包括：
确定第一修正函数、第二修正函数和第三修正函数，其中第一修正函数为绝对值从叶根到叶尖逐渐变大的光滑曲线，第二修正函数为绝对值从叶尖到叶根逐渐变大的光滑曲线，第三修正函数为定值。
在一些实施例中，第一修正函数为直线型，且在叶根处的绝对值为0；
第二修正函数为直线型，且在叶尖处的绝对值为0。
在一些实施例中，对第二扭角分布函数进行迭代，包括：
对第二扭角分布函数进行多次迭代，且后一次迭代中各个修正函数的修正值的范围在前一次迭代中各个修正函数的修正值的范围之内，后一次迭代的变化步长小于前一次迭代的变化步长。
在一些实施例中，对第二扭角分布函数进行多次迭代，还包括：
对第二扭角分布函数进行第一次迭代，且各个修正函数的修正值的范围均为[a，b]，变化步长为c，其中-6°≤a≤-2°，2°≤b≤6°，0.3°≤c≤1°，得到优化后的第二扭角分布函数；
对优化后的第二扭角分布函数进行第二次迭代，且各个修正函数的修正值的范围均为[d，e]，变化步长为f，其中-1°≤d≤0，0≤e≤1°，0.01°≤f≤0.2°，得到优化后的第三扭角分布函数。
在一些实施例中，以风能利用系数最大为目标，对第二扭角分布函数进行迭代，得到各修正函数的目标修正值，包括：
使用正交试验确定待选参数组；
使用叶素-动量理论，基于待选参数组计算对应的风能利用系数；
以风能利用系数最大为目标，从待选参数组中确定目标修正值。
在一些实施例中，使用叶素-动量理论，基于待选参数组计算对应的风能利用系数包括：
基于机组参数、叶片弦长、扭角、相对厚度分布以及翼型相对厚度所对应的升力系数CL、阻力系数CD、力矩系数CM与攻角的对应曲线，确定对应的风能利用系数。
根据本发明实施例提供的风电叶片的扭角分布设计装置，通过将原始扭角分布函数分别与多个修正函数融合得到多个第一扭角分布函数，将多个第一扭角分布函数进行相互融合得到第二扭角分布函数，通过该方法得到的扭角分布曲线能够依旧保持光滑；通过以风能利用系数最大为目标对第二扭角分布函数进行迭代，得到目标修正值，从而实现基于已有风电叶片型号扭角分布上的扭角分布自动优化，显著提高风机叶片的优化效率，提高叶片优化效果。
图9示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图9所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)910、通信接口(Communications Interface)920、存储器(memory)930和通信总线940，其中，处理器910，通信接口920，存储器930通过通信总线940完成相互间的通信。处理器910可以调用存储器930中的逻辑指令，以执行风电叶片的扭角分布设计方法，该方法包括：确定多个修正函数，其中每个修正函数均为光滑曲线；将各个所述修正函数与原始扭角分布函数叠加，得到对应的第一扭角分布函数；将各个所述第一扭角分布函数融合为第二扭角分布函数；以风能利用系数最大为目标，对所述第二扭角分布函数进行迭代，得到各修正函数的目标修正值。
此外，上述的存储器930中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的风电叶片的扭角分布设计方法，该方法包括：确定多个修正函数，其中每个修正函数均为光滑曲线；将各个所述修正函数与原始扭角分布函数叠加，得到对应的第一扭角分布函数；将各个所述第一扭角分布函数融合为第二扭角分布函数；以风能利用系数最大为目标，对所述第二扭角分布函数进行迭代，得到各修正函数的目标修正值。
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各方法提供的风电叶片的扭角分布设计方法，该方法包括：确定多个修正函数，其中每个修正函数均为光滑曲线；将各个所述修正函数与原始扭角分布函数叠加，得到对应的第一扭角分布函数；将各个所述第一扭角分布函数融合为第二扭角分布函数；以风能利用系数最大为目标，对所述第二扭角分布函数进行迭代，得到各修正函数的目标修正值。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种风电叶片的扭角分布设计方法，其特征在于，包括：
确定多个修正函数，其中每个修正函数均为光滑曲线；
将各个所述修正函数与原始扭角分布函数叠加，得到对应的第一扭角分布函数；
将各个所述第一扭角分布函数融合为第二扭角分布函数；
以风能利用系数最大为目标，对所述第二扭角分布函数进行迭代，得到各修正函数的目标修正值。
2.根据权利要求1所述的风电叶片的扭角分布设计方法，其特征在于，所述确定多个修正函数，其中每个修正函数均为光滑曲线，包括：
确定第一修正函数、第二修正函数和第三修正函数，其中第一修正函数为绝对值从叶根到叶尖逐渐变大的光滑曲线，第二修正函数为绝对值从叶尖到叶根逐渐变大的光滑曲线，第三修正函数为定值。
3.根据权利要求2所述的风电叶片的扭角分布设计方法，其特征在于，
所述第一修正函数为直线型，且在叶根处的绝对值为0；
所述第二修正函数为直线型，且在叶尖处的绝对值为0。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的风电叶片的扭角分布设计方法，其特征在于，所述对所述第二扭角分布函数进行迭代，包括：
对所述第二扭角分布函数进行多次迭代，且后一次迭代中各个所述修正函数的修正值的范围在前一次迭代中各个所述修正函数的修正值的范围之内，后一次迭代的变化步长小于前一次迭代的变化步长。
5.根据权利要求4所述的风电叶片的扭角分布设计方法，其特征在于，
所述对所述第二扭角分布函数进行多次迭代，包括：
对所述第二扭角分布函数进行第一次迭代，且各个所述修正函数的修正值的范围均为[a，b]，变化步长为c，其中-6°≤a≤-2°，2°≤b≤6°，0.3°≤c≤1°，得到优化后的第二扭角分布函数；
对所述优化后的第二扭角分布函数进行第二次迭代，且各个所述修正函数的修正值的范围均为[d，e]，变化步长为f，其中-1°≤d≤0，0≤e≤1°，0.01°≤f≤0.2°，得到优化后的第三扭角分布函数。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的风电叶片的扭角分布设计方法，其特征在于，所述以风能利用系数最大为目标，对所述第二扭角分布函数进行迭代，得到各修正函数的目标修正值，包括：
使用正交试验确定待选参数组；
使用叶素-动量理论，基于所述待选参数组计算对应的所述风能利用系数；
以风能利用系数最大为目标，从所述待选参数组中确定所述目标修正值。
7.根据权利要求6所述的风电叶片的扭角分布设计方法，其特征在于，所述使用叶素-动量理论，基于所述待选参数组计算对应的所述风能利用系数，包括：
基于机组参数、叶片弦长、扭角、相对厚度分布以及翼型相对厚度所对应的升力系数CL、阻力系数CD、力矩系数CM与攻角的对应曲线，确定对应的所述风能利用系数。
8.一种风电叶片的扭角分布设计装置，其特征在于，包括：
第一确定模块，用于确定多个修正函数，其中每个修正函数均为光滑曲线；
第一处理模块，用于将各个所述修正函数与原始扭角分布函数叠加，得到对应的第一扭角分布函数；
第二处理模块，用于将各个所述第一扭角分布函数融合为第二扭角分布函数；
第三处理模块，用于以风能利用系数最大为目标，对所述第二扭角分布函数进行迭代，得到各修正函数的目标修正值。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至7任一项所述风电叶片的扭角分布设计方法的步骤。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述风电叶片的扭角分布设计方法的步骤。
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| KR20150045960A (ko) * | 2015-03-24 | 2015-04-29 | 민병곤 | 밀집된 분산식 날개에 의한 풍력터빈 |
| CN107194122A (zh) * | 2017-06-23 | 2017-09-22 | 南京理工大学 | 一种变速风机叶片的多工况气动优化的改进方法 |
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