文 献 综 述
- 研究背景
低风速风能的开发渐渐成为我国风电发展的重要方向。早期，我国风电集中在风能资源丰富的北方地区。但由于当地经济不发达，风电无法就地消纳，同时其向外输送的能力有限。考虑到全国范围内可利用的低风速区域面积更广，并且更加接近于复合中心，因此我国提出逐渐引导风电开发中心向东部和南方等低风速地区转移。
由于低风速地区平均风能密度低，为了实现单机容量相同，低风速风力发电机采用了尺寸更大、转动惯量更大的风轮。这使得此类大转动惯量风机无法快速响应风速的突然变化。并且低风速风场具有低幅值，强湍流和高频率的特点，这进一步弱化了风机的动态性能，增加了风机跟踪的难度。
单纯依赖原有的仅仅针对单一设计工况的传统叶素气动设计参数确定方法已经难以应对这一挑战，它不利于提高大转动惯量变速的风机的实际运行效率。探索气动设计参数对变速风机闭环性能的影响并分析其作用机理，为变速风机叶素气动设计参数的优化提供理论指导和依据，对提高变速风机的运行效率具有重要意义。
2、 国内外研究现状
风力机的气动外形研究在过去几十年的发展中，提出了很多不同类型的设计方法，其中以叶素动量理论为基础的气动设计方法成为主流。
（1）传统风力机风轮气动优化设计
叶片气动设计参数包括叶素位置，翼型，诱导因子，攻角等。风力机风轮的气动外形直接决定了风能利用系数-叶尖速比的曲线型态，从而进一步影响风能的捕获效率。因此，风轮的气动优化设计，在风机制造和发展过程中占据了很重要的地位.
传统的气动外形设计方法主要有四种：简化设计方法、Schmitz方法、Glauert方法和 Wilson 方法。在简化设计方法中，并没有考虑涡流的分布和影响，假设风力机是处于完全理想状态下；Schmitz方法是基于此方法，考虑了风轮后尾流的旋转；Glauert方法则是考虑了风轮后有涡流流动的叶素理论，而对叶片翼型阻力和叶梢损失对风力机设计的影响忽略不计；Wilson 方法对Glauert 方法作出了相应的改进，考虑了叶梢损失以及叶片翼型升阻比对叶片最优气动性能的影响。
但是传统方法存在一些方面的不足，一是传统方法没有考虑风速的概率分布情况，仅仅是只针对某一个风速，使得在非设计工况下风能利用系数偏离最优值，与之相对应的发电量不会太大。二是传统的设计方法忽略了叶素之间的相互约束，导致叶片的扭曲变大，增大了实际加工的难度，所以一般在完成设计之后会对叶片的外形参数进行认为的修正，但是修正的结果一般会降低叶片的气动性能。
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