CN113090442A - 可调节翼叶片、其控制方法、控制装置和风力发电机组 - Google Patents

可调节翼叶片、其控制方法、控制装置和风力发电机组 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种可调节翼叶片、其控制方法、控制装置和风力发电机组。调节翼叶片包括：叶片主体；至少一个辅助翼型段，辅助翼型段设置在叶片主体的吸力面或压力面侧且与叶片主体隔开，辅助翼型段的前缘设置为相对于叶片主体的后缘更靠近叶片主体的前缘，辅助翼型段的后缘设置为相对于叶片主体的前缘更靠近叶片主体的后缘；旋转机构，旋转机构将叶片主体和辅助翼型段彼此连接，并能够旋转以使辅助翼型段相对于叶片主体绕叶片主体的展向旋转到贴附叶片主体的预定位置。根据本发明的可调节翼叶片可以提升风能捕捉能力，避免叶片的长度过长，避免使用双叶轮系统造成的复杂机械及电气结构，对于塔架和地基造成的载荷增加也可控制在一定范围内。

Description

可调节翼叶片、其控制方法、控制装置和风力发电机组
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，更具体地说，涉及一种可调节翼叶片、可调节翼叶片的控制方法、可调节翼叶片的控制装置和风力发电机组。
背景技术
随着风力发电市场发展得越来越成熟，风力发电机组也经常会被应用于年平均风速较低的风区。为了在这样的风区捕获更多的风能，风力发电机组的叶片被设计得越来越长。
随着叶片的延长，导致生产叶片模具的成本增加。另外，随着叶片的延长，叶片的重量也增加，导致运输难度和运输成本也会增加。
目前，为了避开叶片的延长导致的问题，主要采用双叶轮、双传动机构和双发电机组的方式来捕获更多的风能。
然而，上述方式中采用的双叶轮系统增加了机组的复杂程度，并且双叶轮系统对塔架和地基的承载能力要求也成双倍增加。因此，有必要研发一种更适用于年平均风速较低的风区的风力发电机组的叶片。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够提升风能捕捉能力的可调节翼叶片、可调节翼叶片的控制方法、可调节翼叶片的控制装置和风力发电机组。
根据本发明的一方面，一种可调节翼叶片包括：叶片主体；至少一个辅助翼型段，辅助翼型段设置在叶片主体的吸力面或压力面侧且与叶片主体隔开，辅助翼型段的前缘设置为相对于叶片主体的后缘更靠近叶片主体的前缘，辅助翼型段的后缘设置为相对于叶片主体的前缘更靠近叶片主体的后缘；旋转机构，旋转机构将叶片主体和辅助翼型段彼此连接，并能够旋转以使辅助翼型段相对于叶片主体绕叶片主体的展向旋转到贴附叶片主体的预定位置。
可选地，旋转机构旋转可以以使辅助翼型段在第一状态和第二状态之间切换。当辅助翼型段位于叶片主体的吸力面侧时，在第一状态，辅助翼型段位于叶片主体的吸力面侧的中部并且与叶片主体分隔开，在第二状态，辅助翼型段靠近叶片主体的前缘。当辅助翼型段位于叶片主体的压力面侧时，在第一状态，辅助翼型段位于叶片主体压力面侧的中部并且与叶片主体分隔开，在第二状态，辅助翼型段靠近叶片主体的后缘。
可选地，辅助翼型段的翼型的弯度可大于叶片主体的翼型的弯度。
可选地，在与叶片主体的展向垂直的同一横截面上，叶片主体的弦长可以为c1，在第一状态，旋转机构的最小高度为h，其中，满足h＞0.3c1。
可选地，在第一状态，辅助翼型段的弦向与叶片主体的弦向基本上平行，其中，在与叶片主体的展向垂直的同一横截面上，叶片主体的弦长为c1，在第二状态，辅助翼型段与叶片主体的前缘或者辅助翼型段与叶片主体的后缘之间的间隙为g，其中，满足g≤0.5％c1。
可选地，在第一状态，旋转机构距叶片主体的前缘的距离大于或等于叶片主体的弦长的30％。
可选地，当可调节翼叶片仅包括一个辅助翼型段时，沿着叶片主体的展向上，辅助翼型段的起始端设置在叶片主体的最大弦长位置处。
可选地，当可调节翼叶片包括至少两个辅助翼型段时，在叶片主体的展向上，至少两个辅助翼型段中的最靠近叶片主体的叶根的辅助翼型段的起始端设置在叶片主体的最大弦长位置处，至少两个辅助翼型段中的其余辅助翼型段更靠近叶片主体的叶尖方向排布。
可选地，在与叶片主体的展向垂直的同一横截面上，叶片主体的弦长为c1，辅助翼型段的弦长为c2，其中，满足c2/c1≥0.5。沿叶片主体的展向，辅助翼型段的长度与叶片主体的长度的比大于或等于0.2。
可选地，旋转机构可包括第一旋转机构和第二旋转机构，第一旋转机构和第二旋转机构沿叶片主体的展向延伸，第一旋转机构相对于辅助翼型段的后缘更靠近辅助翼型段的前缘，第二旋转机构相对于辅助翼型段的前缘更靠近辅助翼型段的后缘。
可选地，第一旋转机构和第二旋转机构中的每个可包括：固定部，固定到叶片主体；旋转部，固定到辅助翼型段；旋转驱动装置，连接固定部和旋转部，并驱动旋转部绕叶片主体的展向转动，以带动辅助翼型段绕叶片主体的展向转动。
可选地，第一旋转机构的高度可小于第二旋转机构的高度，固定部和旋转部均为桁架梁结构并沿着叶片主体的展向铰接在一起。
可选地，旋转驱动装置可包括旋转轴和驱动旋转轴转动的驱动电机，驱动电机固定在固定部上，旋转轴固定到旋转部上并作为固定部和旋转部之间的铰接轴。
根据本发明的另一方面，提供一种根据可调节翼叶片的控制方法，控制方法包括：根据平均风速控制旋转机构的旋转。
可选地，根据平均风速控制旋转机构的旋转的步骤可包括：获取平均风速；当平均风速小于或等于预定风速时，确定辅助翼型段的当前状态，如果辅助翼型段的当前状态为第一状态，则控制辅助翼型段保持在第一状态，如果辅助翼型段的当前状态为第二状态，则控制旋转机构旋转，以使辅助翼型段从第二状态切换到第一状态；当平均风速大于预定风速时，确定辅助翼型段的当前状态，如果辅助翼型段的当前状态为第二状态，则控制辅助翼型段保持在第二状态，如果辅助翼型段的当前状态为第一状态，则控制旋转机构旋转，以使辅助翼型段从第一状态切换到第二状态。
可选地，旋转机构可包括第一旋转机构和第二旋转机构，第一旋转机构和第二旋转机构沿叶片主体的展向延伸，第一旋转机构靠近辅助翼型段的前缘，第二旋转机构靠近辅助翼型段的后缘，根据平均风速控制旋转机构的旋转的步骤包括根据平均风速分别控制第一旋转机构和第二旋转机构的旋转。
根据本发明的另一方面，提供一种可调节翼叶片的控制装置，控制装置包括：旋转控制模块，根据平均风速控制旋转机构的旋转。
可选地，旋转控制模块包括：平均风速获取子模块，获取平均风速；状态确定子模块，当平均风速小于或等于预定风速时，确定辅助翼型段的当前状态；控制子模块，如果辅助翼型段的当前位置为第一状态，则控制辅助翼型段保持在第一状态，如果辅助翼型段的当前状态为第二状态，则控制旋转机构旋转，以使辅助翼型段从第二状态切换到第一状态，其中，当平均风速大于预定风速时，状态确定子模块确定辅助翼型段的当前状态，如果辅助翼型段的当前状态为第二状态，则控制子模块控制辅助翼型段保持在第二状态，如果辅助翼型段的当前状态为第一状态，则控制子模块控制旋转机构旋转，以使辅助翼型段从第一状态切换到第二状态。
可选地，旋转机构可包括第一旋转机构和第二旋转机构，第一旋转机构和第二旋转机构沿叶片主体的展向延伸，第一旋转机构相对于辅助翼型段的后缘更靠近辅助翼型段的前缘，第二旋转机构相对于辅助翼型段的前缘更靠近辅助翼型段的后缘，控制子模块根据平均风速分别控制第一旋转机构和第二旋转机构的旋转。
根据本发明的又一方面，提供一种风力发电机组，风力发电机组包括可调节翼叶片，和/或可调节翼叶片的控制装置。
如上所述，根据本发明的实施例的可调节翼叶片，不仅可以提升风能捕捉能力，还可以避免叶片的长度过长，避免使用双叶轮系统造成的复杂机械及电气结构，对于塔架和地基造成的载荷增加也可以控制在一定的范围内。另外，根据本发明的实施例的可调节翼叶片，由于辅助翼型段可根据旋转机构的旋转而旋转，因此能够根据风速调整辅助翼型段的状态。与辅助翼型段固定不动的情况相比，在不同风速下均可提升风力发电机组的升力系数。
根据本发明的实施例，通过在低风速段使辅助翼型段处于平行隔开状态，可以在相同扫风面积下(即，在不延长叶片主体的长度的情况下)获得更大的升力系数，从而在不对叶片主体表面流场产生不利影响的情况下，增加叶片在低风速下的升力系数，提高风力发电机组捕获风能的能力，减小风力发电机组的并网风速，由此使得现有技术中的并网风速减小。另外，通过在高风速段使辅助翼型段处于枢转贴附状态，可加大可调节翼叶片的整体弦长，提高可调节翼叶片的升力系数，因此可提高风力发电机组捕获风能的能力。另外，在增加可调节翼叶片在高风速段时捕获风能的能力的同时，还可以延迟甚至避免可调节翼叶片的失速，并避免因失速引起的机组颤振现象。
附图说明
图1是根据本发明的第一实施例的可调节翼叶片的辅助翼型段处于状态a的示意图；
图2是沿图1的可调节翼叶片的Ⅰ-Ⅰ’线截取的截面图；
图3是沿图1的可调节翼叶片的Ⅱ-Ⅱ’线截取的示意性截面图；
图4是根据本发明的第一实施例的可调节翼叶片的辅助翼型段处于状态b的示意图；
图5是沿图4的可调节翼叶片的Ⅲ-Ⅲ’线截取的截面图；
图6是根据本发明的第二实施例的可调节翼叶片的辅助翼型段处于状态a的示意图；
图7是沿图6的可调节翼叶片的Ⅳ-Ⅳ’线截取的截面图；
图8是根据本发明的第二实施例的可调节翼叶片的辅助翼型段处于状态b的示意图；
图9是沿图8的可调节翼叶片的Ⅴ-Ⅴ’线截取的截面图；
图10是示出包括传统叶片的风力发电机组和包括根据本发明的可调节翼叶片的风力发电机组的功率与速度的比较曲线图。
具体实施方式
以下，将参照图1至图10详细描述根据本发明的实施例的可调节翼叶片、可调节翼叶片的控制方法、可调节翼叶片的控制装置和风力发电机组。
如图1和图2所示，根据本发明的实施例的可调节翼叶片包括叶片主体10、辅助翼型段20和旋转机构30。
为了便于示出，图1中仅示出了叶片主体10的一部分。如图1和图2所示，叶片主体10具有吸力面11和压力面12，吸力面11和压力面12分别面朝背风侧和迎风侧。另外，如图2所示，叶片主体10具有从叶片主体10的前缘13到后缘14的弦长c1。在下文中，将从叶片主体10的叶根指向叶尖的方向定义为展向，并将从叶片主体10的前缘13指向后缘14的方向定义为弦向。
如图1和图2所示，可调节翼叶片中的辅助翼型段20通过旋转机构30设置在叶片主体10上。根据图1和图2中所示的实施例，辅助翼型段20可设置在叶片主体10的吸力面11且与叶片主体10分开。辅助翼型段20也具有吸力面21和压力面22，辅助翼型段20的吸力面21和压力面22分别面朝背风侧和迎风侧。另外，辅助翼型段20具有从辅助翼型段20的前缘23到后缘24的弦长c2。
当辅助翼型段20设置在叶片主体10的吸力面11时，辅助翼型段20的压力面22设置为面对叶片主体10的吸力面11。相对于叶片主体10的后缘14而言，辅助翼型段20的前缘23被设置为更靠近叶片主体10的前缘13；相对于叶片主体10的前缘13而言，辅助翼型段20的后缘24被设置为更靠近叶片主体10的后缘14。也就是说，辅助翼型段20以与叶片主体10的设置状态大致相同的设置状态设置在叶片主体10的吸力面11侧。即，如图1所示，辅助翼型段20相对于叶片主体10大致平行(即，辅助翼型段20的弦向和叶片主体10的弦向平行或基本平行)，并且彼此分隔开预定距离。为了方便描述，将图1中所示的辅助翼型段20的状态定义为状态a或平行隔开状态，也可称为第一状态。
根据本发明的实施例，如图1所示，辅助翼型段20与完整结构的叶片相比，可不包含叶根和叶尖部分，而仅对应于完整结构的叶片的大致叶根与叶尖之间的中间部分。
根据本发明的实施例，在与叶片主体10的展向垂直的同一横截面上，辅助翼型段20的弦长c2和叶片主体10的弦长c1可满足c2/c1≥0.5。当满足c2/c1≥0.5时，辅助翼型段20可捕获更多的风能。另外，当辅助翼型段20安装在叶片主体10的吸力面11侧时，如果c2/c1＜0.5，则当辅助翼型段20处于图1中所示的状态a时，由于辅助翼型段20处于叶片主体10的遮挡范围内，所以辅助翼型段20捕获的风能可被忽略。
根据本发明的实施例，辅助翼型段20的长度与叶片主体10的长度的比可大于或等于0.2，以提高辅助翼型段20捕获风能的能力。
根据本发明的实施例，如图1所示，辅助翼型段20的弯度可优选地大于叶片主体10的弯度。在相同风速下，弯度大的叶片的性能更好。另外，辅助翼型段20的尺寸小，也容易制成大弯度叶片。
图1中示出了可调节翼叶片仅包括一个辅助翼型段20，但本发明不限于此，可调节翼叶片可包括一个以上的辅助翼型段20。
根据本发明的实施例，当可调节翼叶片仅包括一个辅助翼型段20时，在叶片主体10的展向上，辅助翼型段20的起始端可优选设置在叶片主体10的最大弦长位置处。这是因为，辅助翼型段20的布置需要尽量避开叶片主体10的薄弱位置。
另外，当可调节翼叶片包括至少两个辅助翼型段20时，至少两个辅助翼型段20沿叶片主体10的展向排布，在叶片主体10的展向上，至少两个辅助翼型段20中的最靠近叶片主体10的叶根的辅助翼型段20的起始端优选设置在叶片主体10的最大弦长位置处，至少两个辅助翼型段20中的其余辅助翼型段20更靠近叶片主体10的叶尖方向排布。这是因为，与叶尖段相比，叶片主体10的叶根段对风力发电机组的功率提升贡献较小。
根据本发明的实施例，旋转机构30将叶片主体10和辅助翼型段20彼此连接，并能够使辅助翼型段20相对于叶片主体10绕叶片主体10的展向旋转到预定位置。
根据本发明的实施例，旋转机构30能够使辅助翼型段20相对于叶片主体10绕叶片主体10的展向旋转，以使辅助翼型段20在低风速段处于状态a并使辅助翼型段20在高风速段处于状态b。
如图2所示，旋转机构30可包括第一旋转机构31和第二旋转机构32，第一旋转机构31和第二旋转机构32分别沿叶片主体10的展向延伸，第一旋转机构31靠近辅助翼型段20的前缘23，第二旋转机构32靠近辅助翼型段20的后缘24。由于辅助叶片段20具有流线型的轮廓，因此第一旋转机构31的高度和第二旋转机构32的高度可以不相等。例如，第一旋转机构31的高度可小于第二旋转机构32的高度。根据本发明的实施例，第一旋转机构31和第二旋转机构32的旋转可以被分别控制。
下面将参照图3至图5详细描述旋转机构30的具体结构。
图3是沿图1的可调节翼叶片的Ⅱ-Ⅱ’线截取的示意性截面图。在图3中，将叶片主体10和辅助叶片段20简化为两个长方体。根据本发明的实施例，如图3所示，第二旋转机构32可包括：固定部1，固定到叶片主体10；旋转部2，固定到辅助翼型段20；旋转驱动装置，连接固定部1和旋转部2，并驱动旋转部2绕叶片主体10的展向转动，以带动辅助翼型段20绕叶片主体10的展向转动。虽然图3中没有示出第一旋转机构31，但第一旋转机构31和第二旋转机构32基本相同。即，第一旋转机构31也可包括如上所述的固定部1、旋转部2和旋转驱动装置，并且除了另外说明，否则以下对第二旋转机构32的固定部1、旋转部2和旋转驱动装置的描述也同样适用于第一旋转机构31的固定部1、旋转部2和旋转驱动装置。
如图3所示，根据本发明的实施例，固定部1和旋转部2可以为桁架梁结构。根据本发明的实施例，通过将固定部1和旋转部2设置成桁架梁结构，一方面可使风容易地穿过，减小风阻，另一方面，可减轻固定部1和旋转部2的重量。另外，根据本发明的实施例，为了进一步减小固定部1和旋转部2的重量，可使用轻木等轻质材料制造固定部1和旋转部2。根据上面的描述，固定部1和旋转部2通过将旋转轴3作为沿着叶片主体10的展向延伸的铰接轴而彼此铰接在一起，以此实现旋转部2和辅助翼型段20的可控枢转。
如图3所示，固定部1可包括用于固定的固定部分1a，该固定部分1a可通过螺栓固定到叶片主体10。然而，本发明不限于此，固定部分1a也可通过补强的方式固定到叶片主体10。
如图3所示，旋转部2可包括用于固定的固定部分2a，该固定部分2a可通过螺栓固定到辅助叶片段20。然而，本发明不限于此，固定部分2a也可通过补强的方式固定到辅助叶片段20。
根据本发明的实施例，第一旋转机构31的固定部和第二旋转机构32的固定部的高度可彼此相等，第一旋转机构31的旋转部的高度可小于第二旋转机构32的旋转部的高度。
根据本发明的实施例，旋转驱动装置可包括旋转轴3和驱动电机4。驱动电机4可固定在固定部1上，旋转轴3可连接到驱动电机4并固定到旋转部2上。驱动电机4可驱动旋转轴3，以将旋转驱动力施加到旋转部2。例如，驱动电机4可以是具有小的重量的小型驱动电机。
根据本发明的实施例，如图2所示，在与叶片主体10的展向垂直的同一横截面上，旋转机构30的最小高度h(即，第一旋转机构31的最小高度)与叶片主体的弦长c1之间的关系可满足h＞0.3c1。旋转机构30的最小高度h的选择主要考虑弱化辅助翼型段20的绕流场对叶片主体10的绕流场的干扰，同时保证通过旋转机构30的调整或旋转操作可以使得辅助翼型段20和叶片主体10形成一个具有前缘缝翼的整体翼型，即，如图4和图5所示的状态。为了方便描述，将图4和图5中所示的辅助翼型段20的状态定义为状态b或枢转贴附状态，也可称为第二状态。
根据本发明的实施例，可根据平均风速来控制旋转机构30的旋转操作，以使辅助翼型段20在状态a和状态b之间进行切换。
根据本发明的实施例，在低风速段可以将辅助翼型段20设置在状态a。在高风速段可以将辅助翼型段20设置在状态b。其中，低风速段指的是平均风速小于或等于预定风速的风速段，高风速段指的是平均风速大于预定风速的风速段。平均风速可以是国际电工委员会(IEC)中规定的平均风速。另外，可根据在状态a时，辅助翼型段20对叶片主体10产生的阻力系数和升力系数的变化来确定预定风速。
具体地，在状态a时，辅助翼型段20会对叶片主体10产生附加的阻力系数和升力系数。当平均风速小于或等于预定风速时，辅助翼型段20对叶片主体10产生的阻力系数的增速小于或等于升力系数的增速。当平均风速大于预定风速时，辅助翼型段20对叶片主体10产生的阻力系数的增速大于升力系数的增速，此时，如果继续保持辅助翼型段20在状态a，则对叶片主体10的升力的提升作用会小于阻力的增大作用，因此需要通过旋转机构30将辅助翼型段20切换到状态b。另外，当平均风速小于或等于预定风速时，如果继续保持辅助翼型段20在状态b，则辅助翼型段20对升力系数的提升作用会较小，因此有必要将辅助翼型段20切换到状态a，以大幅度地提升升力系数。
图1至图3示出了辅助翼型段20在低风速段处于状态a的示意图，图4和图5示出了辅助翼型段20在高风速段处于状态b的示意图。
根据本发明的实施例，状态a可以是辅助翼型段20的初始状态。在状态a，辅助翼型段20设置为靠近叶片主体10的吸力面11的中部。并且，在状态a，叶片主体10的弦向与辅助翼型段20的弦向基本上平行。由于工艺误差，叶片主体10的弦向与辅助翼型段20的弦向可能不呈完美的平行状态，并且“基本上平行”指的是在正常的工艺误差范围内的平行状态。当叶片主体10的弦向与辅助翼型段20的弦向基本上平行时，如图2所示，叶片主体10与当前风速的攻角α1和辅助翼型段20与当前风速的攻角α2基本上相等。
另外，在状态a，与辅助翼型段20连接的旋转机构30距叶片主体10的前缘13的距离大于或等于叶片主体10的弦长c1的30％。根据翼型的转捩特性，旋转机构30在叶片主体10上会形成一定的扰流特性，通过使旋转机构30在状态a距离叶片主体10的前缘13大于或等于叶片主体10的弦长c1的30％，可以有效地弱化小攻角下的扰流效应。
如图4和图5所示，在状态b时，辅助翼型段20可靠近叶片主体10的前缘13。根据本发明的实施例，在状态b，辅助翼型段20的压力面22要布置为尽量贴近叶片主体10，以尽量贴合叶片主体10的翼型轮廓，从而使辅助翼型段20和叶片主体10共同形成一个具有前缘缝翼的整体翼型。
根据本发明的实施例，在与叶片主体10的展向垂直的同一横截面上，当在状态b、辅助翼型段20与叶片主体10的前缘13之间的间隙定义为g时，应满足g≤0.5％c1。这是因为，在辅助翼型段20与叶片主体10的前缘13之间的缝隙与叶片主体10之间会产生剪切层涡流，通过控制间隙g小于或等于0.5％c1，可以避免产生的剪切层涡流和叶片主体10碰撞，减小湍动能对叶片主体10的不利影响，同时避免产生新的噪声源。
以下，将参照图6至图9描述根据本发明的第二实施例的可调节翼叶片。在根据本发明的第二实施例中，辅助翼型段20设置在叶片主体10的压力面12侧。
图6是根据本发明的第二实施例的可调节翼叶片的辅助翼型段20处于状态a的示意图，图7是沿图6的可调节翼叶片的Ⅳ-Ⅳ’线截取的截面图。图8是根据本发明的第二实施例的可调节翼叶片的辅助翼型段处于状态b的示意图，图9是沿图8的可调节翼叶片的Ⅴ-Ⅴ’线截取的截面图。
根据本发明的第二实施例的可调节翼叶片的结构与根据本发明的第一实施例的可调节翼叶片的结构相似，因此下面将仅描述两者之间的不同之处。
根据本发明的第二实施例，如图6至图9所示，辅助翼型段20设置在叶片主体10的压力面12侧，辅助翼型段20的吸力面21靠近或者说面对叶片主体10的压力面12。
根据本发明的第二实施例，如图6和图7所示，在低风速段可以将辅助翼型段20设置在状态a，并且在状态a，辅助翼型段20靠近压力面12侧的中间部分。根据本发明的实施例，如图8和图9所示，在高风速段可以将辅助翼型段20转换至状态b，其中，在状态b，辅助翼型段20贴近叶片主体10的后缘14。
根据本发明的第二实施例，当辅助翼型段20设置在叶片主体10的压力面12侧时，辅助翼型段20在状态a的参数设置与辅助翼型段20位于叶片主体10的吸力面11侧时、辅助翼型段20在状态a的参数设置可以相同，在此不做重复描述。
根据本发明的实施例，当辅助翼型段20位于叶片主体10的压力面12侧时，在状态b，辅助翼型段20的吸力面21需要被布置为尽量贴近叶片主体10，以尽量贴合叶片主体10的翼型轮廓，从而使辅助翼型段20和叶片主体10形成一个具有后缘缝翼的整体翼型。根据本发明的实施例，在与叶片主体10的展向垂直的同一横截面上，当在状态b、辅助翼型段20与叶片主体10的后缘14之间的间隙定义为g时，可满足g≤0.5％c1。
根据本发明的第二实施例的可调节翼叶片的其它描述与根据本发明的第一实施例的可调节翼叶片相同，因此为了避免冗余，将省略重复描述。
根据本发明的实施例，还可提供一种包括上述可调节翼叶片的风力发电机组。根据本发明的实施例，风力发电机组可包括三个可调节翼叶片。另外，根据本发明的实施例，在三个可调节翼叶片中，辅助翼型段20的设置位置一致。也就是说，在三个可调节翼叶片中，辅助翼型段20都设置在吸力面侧，或者都设置在压力面侧。
图10是示出包括传统叶片的传统风力发电机组和包括根据本发明的可调节翼叶片的风力发电机组的功率与速度的比较曲线图。其中，V1表示预定风速，V并网0表示仅具有根据本发明的实施例的叶片主体10的风力发电机组的并网风速，V并网1表示具有根据本发明的实施例的可调节翼叶片的风力发电机组的并网风速，倾斜的实线表示包括传统叶片的风力发电机组的功率-速度曲线，倾斜的虚线表示包括根据本发明的可调节翼叶片的风力发电机组在状态a和状态b的功率-速度曲线。
根据本发明的实施例，如图10所示，在平均风速小于或等于预定风速V1的低风速段，通过使辅助翼型段20处于状态a，可以在相同扫风面积下(即，在不延长叶片主体10的长度的情况下)获得更大的升力系数，从而在不对叶片主体10表面流场产生不利影响的情况下，增加叶片在低风速下的升力系数，提高风力发电机组捕获风能的能力，减小风力发电机组的并网风速，使得现有技术中的并网风速V并网0减小到V并网1。
另外，如果10所示，在平均风速大于预定风速V1的高风速段，通过使辅助翼型段20处于状态b，可提高可调节翼叶片的整体弦长，提高可调节翼叶片的升力系数，因此可提高风力发电机组捕获风能的能力。如图10所示，与倾斜的实线(表示传统风力发电机组的功率-速度曲线)的斜率相比，状态b对应的倾斜的虚线(表示根据本发明的风力发电机组的功率-速度曲线)的斜率较大，因此在相同速度下，根据本发明的风力发电机组捕获风能的能力更大。
另外，在状态b下，包括叶片主体10和辅助翼型段20的整体翼型的失速攻角可大于不具有辅助翼型段20的单独的叶片主体翼型的失速攻角，从而在达到额定功率之前，在增加可调节翼叶片在高风速段时捕获风能的能力的同时，可以延迟甚至避免可调节翼叶片的失速，避免因失速引起的机组颤振现象。
根据本发明的实施例，还可提供一种可调节翼叶片的控制方法。根据本发明的实施例的可调节翼叶片的控制方法可包括根据平均风速控制旋转机构30的旋转的步骤。
根据本发明的实施例，根据平均风速控制旋转机构30的旋转的步骤可包括：获取平均风速；当平均风速小于或等于预定风速时，确定辅助翼型段20的当前状态，如果辅助翼型段20的当前状态为状态a，则控制辅助翼型段20保持在状态a，如果辅助翼型段20的当前状态为状态b，则控制旋转机构30旋转，以使辅助翼型段20从状态b切换到状态a；当平均风速大于预定风速时，确定辅助翼型段20的当前状态，如果辅助翼型段20的当前状态为状态b，则控制辅助翼型段20保持在状态b，如果辅助翼型段20的当前状态为状态a，则控制旋转机构30旋转，以使辅助翼型段20从状态a切换到状态b。
根据本发明的实施例，由于辅助翼型段20的特殊形状和旋转机构30的非对称性，因此在控制旋转机构30旋转时，可分别控制第一旋转机构31和第二旋转机构32旋转。例如，可控制第一旋转机构31和第二旋转机构32同时旋转。必要时，也可控制第一旋转机构31和第二旋转机构32中的一个旋转以对辅助翼型段20的姿态进行微调。
例如，根据本发明的实施例，当从状态a切换到状态b时，可分别控制第一旋转机构31和第二旋转机构32并使第一旋转机构31和第二旋转机构32同时旋转。当在与叶片主体10的展向垂直的同一横截面上，辅助翼型段20与叶片主体10的前缘13(或后缘14)之间的间隙满足g≤0.5％c1时，可继续控制第二旋转机构32旋转以对辅助翼型段20的位置进行微调，从而使辅助翼型段20的压力面22(或吸力面21)尽量贴近叶片主体10。另外，当从状态b切换到状态a时，也可分别控制第一旋转机构31和第二旋转机构32并使第一旋转机构31和第二旋转机构32同时旋转。当辅助翼型段20位于叶片主体10的吸力面11(或压力面12)的大致中部的位置时，可继续控制第二旋转机构32旋转以使辅助翼型段20的弦向与叶片主体10的弦向基本上平行。然而，根据本发明的实施例的第一旋转机构31和第二旋转机构32的控制方法不限于此，只要能够达到本发明的目标设置位置即可。
根据本发明的实施例，还可提供一种可调节翼叶片的控制装置。根据本发明的实施例的可调节翼叶片的控制装置可包括旋转控制模块，旋转控制模块可根据平均风速控制所述旋转机构的旋转。
根据本发明的实施例，旋转控制模块可包括：平均风速获取子模块，获取平均风速；状态确定子模块，当平均风速小于或等于预定风速时，确定辅助翼型段20的当前状态；控制子模块，如果辅助翼型段20的当前位置为状态a，则控制辅助翼型段20保持在状态a，如果辅助翼型段20的当前状态为状态b，则控制旋转机构30旋转，以使辅助翼型段20从状态b切换到状态a。根据本发明的实施例，当平均风速大于预定风速时，状态确定子模块确定辅助翼型段20的当前状态，如果辅助翼型段20的当前状态为状态b，则控制子模块控制辅助翼型段20保持在状态b，如果辅助翼型段20的当前状态为状态a，则控制子模块控制旋转机构30旋转，以使辅助翼型段20从状态a切换到状态b。
根据本发明的实施例，控制子模块可根据平均风速分别控制第一旋转机构和第二旋转机构的旋转。例如，控制子模块可控制第一旋转机构31和第二旋转机构32同时旋转，或者可控制第一旋转机构31和第二旋转机构32中的一个旋转以对辅助翼型段20的位置进行微调。具体控制方法可与以上描述的控制方法相同，在此不做具体阐述。
如上所述，根据本发明的实施例的可调节翼叶片，不仅可以提升风能捕捉能力，还可以控制叶片的长度，避免使用双叶轮系统造成的复杂机械及电气结构，对于塔架和地基造成的载荷增加也可以控制在一定的范围内。另外，根据本发明的实施例的可调节翼叶片，辅助翼型段可根据旋转机构的旋转而旋转，因此能够根据风速调整辅助翼型段的状态。与辅助翼型段固定不动的情况相比，在不同风速下均可提升风力发电机组的升力系数。
根据本发明的实施例，通过在低风速段使辅助翼型段处于状态a，可以在相同扫风面积下(即，在不延长叶片主体的长度的情况下)获得更大的升力系数，从而在不对叶片主体表面流场产生不利影响的情况下，增加叶片在低风速下的升力系数，提高风力发电机组捕获风能的能力，减小风力发电机组的并网风速，使得现有技术中的并网风速V并网0减小到V并网1。另外，通过在高风速段使辅助翼型段处于状态b，可提高可调节翼叶片的整体弦长，提高可调节翼叶片的升力系数，因此可提高风力发电机组捕获风能的能力。另外，在增加可调节翼叶片在高风速段时捕获风能的能力的同时，可以延迟甚至避免可调节翼叶片的失速，避免因失速引起的机组颤振现象。
虽然已表示和描述了本发明的一些实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改。

Claims (20)

1.一种可调节翼叶片，其特征在于，所述可调节翼叶片包括：
叶片主体(10)；
至少一个辅助翼型段(20)，所述辅助翼型段(20)设置在所述叶片主体(10)的吸力面(11)或压力面(12)侧且与所述叶片主体(10)隔开，所述辅助翼型段(20)的前缘(23)设置为相对于所述叶片主体(10)的后缘(14)更靠近所述叶片主体(10)的前缘(13)，所述辅助翼型段(20)的后缘(24)设置为相对于所述叶片主体(10)的前缘(13)更靠近所述叶片主体(10)的后缘(14)；
旋转机构(30)，所述旋转机构(30)将所述叶片主体(10)和所述辅助翼型段(20)彼此连接，并能够旋转以使所述辅助翼型段(20)相对于所述叶片主体(10)绕所述叶片主体(10)的展向旋转到贴附所述叶片主体(10)的预定位置。
2.根据权利要求1所述的可调节翼叶片，其特征在于，所述旋转机构(30)旋转以使所述辅助翼型段(20)在第一状态和第二状态之间切换，
当所述辅助翼型段(20)位于所述叶片主体(10)的所述吸力面(11)侧时，在所述第一状态，所述辅助翼型段(20)位于所述叶片主体(10)的所述吸力面(11)侧的中部并且与所述叶片主体(10)分隔开，在所述第二状态，所述辅助翼型段(20)靠近所述叶片主体(10)的所述前缘(13)，
当所述辅助翼型段(20)位于所述叶片主体(10)的所述压力面(12)侧时，在所述第一状态，所述辅助翼型段(20)位于所述叶片主体(10)所述压力面(12)侧的中部并且与所述叶片主体(10)分隔开，在所述第二状态，所述辅助翼型段(20)靠近所述叶片主体(10)的所述后缘(14)。
3.根据权利要求1所述的可调节翼叶片，其特征在于，所述辅助翼型段(20)的翼型的弯度大于所述叶片主体(10)的翼型的弯度。
4.根据权利要求2所述的可调节翼叶片，其特征在于，在与所述叶片主体(10)的展向垂直的同一横截面上，所述叶片主体(10)的弦长为c1，在所述第一状态，所述旋转机构(30)的最小高度为h，其中，满足h＞0.3c1。
5.根据权利要求2所述的可调节翼叶片，其特征在于，在所述第一状态，所述辅助翼型段(20)的弦向与所述叶片主体(10)的弦向基本上平行，
其中，在与所述叶片主体(10)的展向垂直的同一横截面上，所述叶片主体(10)的弦长为c1，在所述第二状态，所述辅助翼型段(20)与所述叶片主体(10)的所述前缘(13)或者所述辅助翼型段(20)与所述叶片主体(10)的所述后缘(14)之间的间隙为g，其中，满足g≤0.5％c1。
6.根据权利要求2所述的可调节翼叶片，其特征在于，在所述第一状态，所述旋转机构(30)距所述叶片主体(10)的所述前缘(13)的距离大于或等于所述叶片主体(10)的弦长的30％。
7.根据权利要求1所述的可调节翼叶片，其特征在于，当所述可调节翼叶片仅包括一个辅助翼型段(20)时，沿着所述叶片主体(10)的展向上，所述一个辅助翼型段(20)的起始端设置在所述叶片主体(10)的最大弦长位置处。
8.根据权利要求1所述的可调节翼叶片，其特征在于，当所述可调节翼叶片包括至少两个辅助翼型段(20)时，在所述叶片主体(10)的展向上，所述至少两个辅助翼型段(20)中的最靠近所述叶片主体(10)的叶根的辅助翼型段(20)的起始端设置在所述叶片主体(10)的最大弦长位置处，所述至少两个辅助翼型段(20)中的其余辅助翼型段(20)更靠近所述叶片主体(10)的叶尖方向排布。
9.根据权利要求1所述的可调节翼叶片，其特征在于，在与所述叶片主体(10)的展向垂直的同一横截面上，所述叶片主体(10)的弦长为c1，所述辅助翼型段(20)的弦长为c2，其中，满足c2/c1≥0.5，
和/或，沿所述叶片主体(10)的展向，所述辅助翼型段(20)的长度与所述叶片主体(10)的长度的比大于或等于0.2。
10.根据权利要求1所述的可调节翼叶片，其特征在于，所述旋转机构(30)包括第一旋转机构(31)和第二旋转机构(32)，所述第一旋转机构(31)和所述第二旋转机构(32)沿所述叶片主体(10)的展向延伸，所述第一旋转机构(31)相对于所述辅助翼型段(20)的后缘(24)更靠近所述辅助翼型段(20)的前缘(23)，所述第二旋转机构(32)相对于所述辅助翼型段(20)的前缘(23)更靠近所述辅助翼型段(20)的后缘(24)。
11.根据权利要求10所述的可调节翼叶片，其特征在于，所述第一旋转机构(31)和所述第二旋转机构(32)中的每个包括：
固定部(1)，固定到所述叶片主体(10)；
旋转部(2)，固定到所述辅助翼型段(20)；
旋转驱动装置，连接所述固定部(1)和所述旋转部(2)，并驱动所述旋转部(2)绕所述叶片主体(10)的展向转动，以带动所述辅助翼型段(20)绕所述叶片主体(10)的展向转动。
12.根据权利要求11所述的可调节翼叶片，其特征在于，所述第一旋转机构(31)的高度小于所述第二旋转机构(32)的高度，所述固定部(1)和所述旋转部(2)均为桁架梁结构并沿着叶片主体(10)的展向铰接在一起。
13.根据权利要求11所述的可调节翼叶片，其特征在于，所述旋转驱动装置包括旋转轴(3)和驱动旋转轴(3)转动的驱动电机(4)，驱动电机(4)固定在所述固定部(1)上，旋转轴(3)固定到所述旋转部(2)上并作为所述固定部(1)和所述旋转部(2)之间的铰接轴。
14.一种根据权利要求2所述的可调节翼叶片的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：
根据平均风速控制所述旋转机构(30)的旋转。
15.根据权利要求14所述的可调节翼叶片的控制方法，其特征在于，根据平均风速控制所述旋转机构(30)的旋转的步骤包括：
获取平均风速；
当平均风速小于或等于预定风速时，确定所述辅助翼型段(20)的当前状态，如果所述辅助翼型段(20)的当前状态为第一状态，则控制所述辅助翼型段(20)保持在所述第一状态，如果所述辅助翼型段(20)的当前状态为第二状态，则控制所述旋转机构(30)旋转，以使所述辅助翼型段(20)从所述第二状态切换到所述第一状态；
当平均风速大于预定风速时，确定所述辅助翼型段(20)的当前状态，如果所述辅助翼型段(20)的当前状态为所述第二状态，则控制所述辅助翼型段(20)保持在所述第二状态，如果所述辅助翼型段(20)的当前状态为所述第一状态，则控制所述旋转机构(30)旋转，以使所述辅助翼型段(20)从所述第一状态切换到所述第二状态。
16.根据权利要求14所述的可调节翼叶片的控制方法，其特征在于，所述旋转机构(30)包括第一旋转机构(31)和第二旋转机构(32)，所述第一旋转机构(31)和所述第二旋转机构(32)沿所述叶片主体(10)的展向延伸，所述第一旋转机构(31)靠近所述辅助翼型段(20)的前缘(23)，所述第二旋转机构(32)靠近所述辅助翼型段(20)的后缘(24)，
根据平均风速控制所述旋转机构(30)的旋转的步骤包括根据平均风速分别控制所述第一旋转机构(31)和所述第二旋转机构(32)的旋转。
17.一种根据权利要求2所述的可调节翼叶片的控制装置，其特征在于，所述控制装置包括：
旋转控制模块，根据平均风速控制所述旋转机构(30)的旋转。
18.根据权利要求17所述的可调节翼叶片的控制装置，其特征在于，所述旋转控制模块包括：
平均风速获取子模块，获取平均风速；
状态确定子模块，当平均风速小于或等于预定风速时，确定所述辅助翼型段(20)的当前状态；
控制子模块，如果所述辅助翼型段(20)的当前位置为第一状态，则控制所述辅助翼型段(20)保持在所述第一状态，如果所述辅助翼型段(20)的当前状态为第二状态，则控制所述旋转机构(30)旋转，以使所述辅助翼型段(20)从所述第二状态切换到所述第一状态，
其中，当平均风速大于预定风速时，所述状态确定子模块确定所述辅助翼型段(20)的当前状态，如果所述辅助翼型段(20)的当前状态为所述第二状态，则所述控制子模块控制所述辅助翼型段(20)保持在所述第二状态，如果所述辅助翼型段(20)的当前状态为所述第一状态，则所述控制子模块控制所述旋转机构(30)旋转，以使所述辅助翼型段(20)从所述第一状态切换到所述第二状态。
19.根据权利要求18所述的可调节翼叶片的控制装置，其特征在于，所述旋转机构(30)包括第一旋转机构(31)和第二旋转机构(32)，所述第一旋转机构(31)和所述第二旋转机构(32)沿所述叶片主体(10)的展向延伸，所述第一旋转机构(31)相对于所述辅助翼型段(20)的后缘(24)更靠近所述辅助翼型段(20)的前缘(23)，所述第二旋转机构(32)相对于所述辅助翼型段(20)的前缘(23)更靠近所述辅助翼型段(20)的后缘(24)，
所述控制子模块根据平均风速分别控制所述第一旋转机构(31)和所述第二旋转机构(32)的旋转。
20.一种风力发电机组，其特征在于，所述风力发电机组包括根据权利要求1-13中任一项所述的可调节翼叶片，和/或根据权利要求17-19中任一项所述的可调节翼叶片的控制装置。
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