本发明属风力发电技术领域，特别涉及一种风力发电叶片桨矩角的确定方法。
背景技术：
目前，风力发电叶片桨矩角的确定一般是通过将叶片分段，并将每个截面作为一个叶素，根据风力机叶片不同区域对翼型的要求不同，选择合适的翼型，即确定了翼型沿叶片展向的布置；再以每一叶素处取得最大风能利用系数为目标，通过优化计算，获取每一叶素处翼型的桨矩角；最后通过修形使各翼型光滑联接。
技术实现要素：
本发明的目的是提出一种风力发电叶片桨矩角的确定方法，其特征在于，基于风轮上考察叶素某微段速度分析分解的几何关系，根据风力机叶片不同区域对翼型的要求不同，选择合适的翼型，根据风能利用最大化为目标，直接建立了风电叶片桨矩角沿叶片半径变化的公式如下：
式中：vrr为距离风轮旋转中心为风轮半径r处的空气相对于风轮叶片的流动速度，其中，说明；第一个角标r表示“相对”运动，第二个角标r表示“位置”为距离风轮旋转中心的距离＝风轮半径r；
ver为将距离风轮旋转中心为风轮半径r处的空气看做风轮部分所具有的速度，即此处空气的牵连运动速度，
va为空气的绝对运动速度，即风速；
式中：
式中：ω为风轮转速；
亦即
因为
将式(4)代入式(5)，得
亦即
在上述各式中，vrr为入流风速；va为空气绝对运动速度；vrc为出流风速；vrz为出入流风速变化量在风轮旋转轴线z轴上的投影；vra为出入流风速变化量；vrx为出入流风速变化量在该点牵连运动速度方向x轴上的投影；ω为风轮旋转角速度；
根据流量连续方程qcr＝qjr，其中，qcr为r处的出流流量，第一个角标c表示“出”流，第二个角标r表示“位置”为距离风轮旋转中心r处；qjr为r处的入流流量，第一个角标j表示“进”或入流，第二个角标r表示“位置”为距离风轮旋转中心r处)或scrvcr＝sjrvrr；其中，scr为r处的出流流量通流截面面积，第一个角标c表示“出”流，第二个角标r表示“位置”为距离风轮旋转中心r处；sjr为r处的入流流量通流截面面积，第一个角标j表示“进”或入流，第二个角标r表示“位置”为距离风轮旋转中心r处,考虑空气在远低于音速条件下不可压缩的特点，应有scr＝sjr，所以
vcr＝vrr(8)
根据风轮上考察叶素某微段速度分析分解的几何关系，得
式中：
式中：
式中：δvxr为矢量
根据冲量原理，此微段空气流速的变化，对叶片产生的周向力δfxr为
δfxr＝ρdqδvxr(12)
式中：δfxr为风速在x方向的变化引起的作用力在x方向上的变化量，其中，第一个角标x代表坐标轴，第二个角标r表示“位置”为距离风轮旋转中心r处；ρ为空气密度；dq为空气流量；
而
式中：ds为叶片上垂直于弦长的空气微单元厚度；dl为叶片上沿弦长的空气微单元长度。其它符号意义同前。
将式(10)代入式(11)后，再代入式(12)并将式(13)也代入式(12)，得
此力对风轮产生的转矩δmxr为
式中：δmxr为力δfxr对风轮产生的转矩，其中，第一个角标x代表坐标轴，第二个角标r表示“位置”为距离风轮旋转中心r处；
其它符号意义同前。
在全叶片上产生的转矩mx为
式中：mx为全叶片上的作用力对风轮产生的转矩；其它符号意义同前；定义函数f，
因为
所以式(17)亦可写为
根据欧拉—拉格朗日方程(euler—lagrangeequation)，式(16)取极大值的必要条件是
式(19)可简化为
则
本发明的有益效果：本发明根据风能利用最大化为目标，直接建立了风电叶片桨矩角沿叶片半径变化的公式，不仅提高了叶片桨矩角的精确性，还有效提高了风能利用率。一般估算，在相同风况条件下，此方法确定的叶片桨矩角，风能利用率可提高近3％。
附图说明
图1为风轮示意图，图中：r为考察叶素所在风轮半径；dr为叶素径向长度。
图2为风轮上考察叶素某微段速度分析分解示意图；图中：vrr为入流风速；va为空气绝对运动速度(额定风速)；vrc为出流风速；vrz为出入流风速变化量在风轮旋转轴线(z轴)上的投影；vra为出入流风速变化量；vrx为出入流风速变化量在该点牵连运动速度方向(x轴)上的投影；ω为风轮旋转角速度；
各量上方的箭线表示该量的矢量。
具体实施方式
本发明提出一种风力发电叶片桨矩角的确定方法，下面结合附图予以说明。
实施例：
已知某待建风电场额定风速va为12m/s，风电机组风轮额定转速ne为15rpm(ω＝2πne＝1.5608rad/s)，风轮半径31m。则
1)风电机组所在场地额定风速va＝12m/s；
2)风轮额定转速ω＝1.5608rad/s；
3)根据式(21)可得额定工况时不同风轮半径处的翼型桨矩角
将不同的r(0.5m≤r≤31m)代入式(22)可的沿风轮半径而变化的翼型桨矩角