1引言
　　風(fēng)電機(jī)組工作在復(fù)雜的氣候和地理環(huán)境下，氣動(dòng)設(shè)計(jì)決定了風(fēng)電機(jī)組的氣動(dòng)載荷和發(fā)電量，因此氣動(dòng)設(shè)計(jì)在風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)流程中至關(guān)重要。水平軸風(fēng)電機(jī)組的氣動(dòng)設(shè)計(jì)主要目的是設(shè)計(jì)葉片幾何外形（包括葉片個(gè)數(shù)、弦長及扭角分布、截面翼型形狀等），目的是在獲得最佳功率系數(shù)和最大年發(fā)電量，同時(shí)降低葉片載荷。而這三個(gè)目的有時(shí)會(huì)發(fā)生矛盾，特別是對(duì)于失速型風(fēng)電機(jī)組，工作在最大功率系數(shù)的時(shí)間極其有限，從而在追求最大功率系數(shù)的目的時(shí)可能不會(huì)達(dá)到年發(fā)電量最大的要求。
　　風(fēng)電機(jī)組葉輪設(shè)計(jì)中，關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)會(huì)嚴(yán)重影響設(shè)計(jì)結(jié)果。Christian Bak 對(duì)影響葉輪功率系數(shù)與載荷的關(guān)鍵因素進(jìn)行了研究，討論了葉尖速比、雷諾數(shù)、粗糙度等關(guān)鍵因素對(duì)功率系數(shù)的影響。Ali Vardar 和Ilknur Alibas 采用NACA系列翼型，設(shè)計(jì)了180 種不同扭角、安裝角、葉片數(shù)目的風(fēng)輪組合，從而探討風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、功率系數(shù)與這些因素的關(guān)系。目前，討論這方面的文獻(xiàn)并不多，且大多是針對(duì)尺寸小的風(fēng)輪。本文將重點(diǎn)討論變槳變速風(fēng)電機(jī)組關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇。
　　2 風(fēng)電機(jī)組氣動(dòng)設(shè)計(jì)參數(shù)選擇
　　風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)中，各個(gè)參數(shù)的選擇體現(xiàn)了設(shè)計(jì)者的不同意圖，同時(shí)參數(shù)選擇也要遵循一定的規(guī)律。目前介紹這方面內(nèi)容的文獻(xiàn)很少，本節(jié)在這里著重分析風(fēng)電機(jī)組參數(shù)的確定方法和一些基本依據(jù)。
　　現(xiàn)代水平軸風(fēng)電機(jī)組通常選擇三個(gè)葉片的葉輪，多是出于葉輪動(dòng)力學(xué)、發(fā)電質(zhì)量和美觀等角度考慮，額定功率則根據(jù)制造商自己的設(shè)計(jì)需求而定。額定風(fēng)速是風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)中的重要參數(shù)，它通常與設(shè)計(jì)的風(fēng)區(qū)、風(fēng)輪直徑、葉片氣動(dòng)特性等相關(guān)。確定所設(shè)計(jì)的風(fēng)電機(jī)組的工作風(fēng)區(qū)是設(shè)計(jì)風(fēng)電機(jī)組的前提。IEC 標(biāo)準(zhǔn)將風(fēng)電機(jī)組按照風(fēng)區(qū)分為四類，標(biāo)準(zhǔn)1、2、3 級(jí)風(fēng)電機(jī)組和S 級(jí)風(fēng)電機(jī)組。設(shè)計(jì)者應(yīng)根據(jù)所處風(fēng)場的實(shí)際情況選擇風(fēng)電機(jī)組的等級(jí)。下面將重點(diǎn)討論幾個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)選擇及其影響。　　
　　2.1 設(shè)計(jì)葉尖速比
　　在風(fēng)電機(jī)組的設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)葉尖速比λD 是非常重要的設(shè)計(jì)參數(shù)。如果設(shè)計(jì)葉尖速比λD 很低，比如λD=1，此時(shí)旋轉(zhuǎn)氣動(dòng)損失比較大，功率系數(shù)會(huì)很低。本文根據(jù)相關(guān)氣動(dòng)理論，繪制了針對(duì)不同升阻比情況下的三葉片風(fēng)電機(jī)組的功率系數(shù)隨設(shè)計(jì)葉尖速比的關(guān)系圖，如圖1 所示。從中可以看出存在最佳的葉片設(shè)計(jì)升阻比使葉輪效率最高。現(xiàn)代大型并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)點(diǎn)處葉片翼型的升阻比一般很高，甚至?xí)^100，此時(shí)設(shè)計(jì)葉尖速比通常在6 ～ 10 之間，這樣能夠保證獲得較高效率。