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the result. There is a significant drop on the COE. Therefore, it verifies the
reliability of the model.
Keywords Aerodynamic Design Blade Element Momentum Theory Cost Of Energy Genetic Algorithm
目 次
1 引言 .. 1
1.1 课题研究的背景 .. 1
1.2 课题研究的目的和内容 .. 1
2 风力机气动设计的基本理论 3
2.1 叶素动量理论 . 3
2.2 风速的Weibull 分布模型 7
2.3 小结 9
3 遗传算法理论 .. 10
3.1 遗传算法（GA）简介 .. 10
3.2 遗传算法（GA）的基本步骤 .. 10
4 风力机叶片的优化设计 12
4.1 MATLAB简介 .. 12
4.2 优化设计的适应度函数 . 12
4.3 优化设计变量及其约束 . 14
5 1.5MW 风力机叶片算例分析 . 17
5.1 设计参数 . 17
5.2 优化设计的过程 . 18
5.2 优化设计的效果 . 20
结 论 .. 23
致 谢 .. 24
参考文献 25
附录 A 遗传算法寻优过程的数据 .. 28
图 2-1 r 处叶素的速度及作用力 . 5
图 2-2 诱导因子的迭代过程 .. 7
图 3-1 遗传算法的迭代过程 . 11
图 4-1 优化设计程序和方法 . 16
图 5-1 优化前风能利用系数与叶尖速比的关系曲线 .. 18
图 5-2 优化前功率分布曲线 . 18
图 5-3 风速的概率密度分布曲线 19
图 5-4 优化后风能利用系数与叶尖速比的关系曲线 .. 20
图 5-5 优化后功率分布曲线 . 20
图 5-6 优化前后的弦长分布 . 21
图 5-7 优化前后的扭角分布 . 21
图 5-8 优化前后度电成本的直方图 . 22
表 5-1 1.5MW 风力机叶片的基本参数 17
表 5-2 优化前1.5MW 风力机叶片参数 17
表 5-3 优化后1.5MW 风力机叶片参数 19
1 引言
1.1 课题研究的背景
目前，随着全球气候变暖问题以及能源短缺带来的问题日益突出，各国的能源战略中，
可再生能源凭借清洁高效、可持续的特点，不断提升自身所处的地位。而风力发电技术作为
可再生能源发电技术中成本相对较低、技术相对较成熟、可靠性相对较高的发电技术，近几
年来也发展迅速，开始逐渐发挥重要的作用[1]。
虽然我国地域辽阔，风能资源非常丰富，但是我国的风电起步与国外相比较晚，在相关
的设计水平和实验研究方面与国外仍有较大差距。其中，叶片作为风力机核心的重要部件，
国外企业和研究机构对叶片的各项指标和数据都不对外公布。因此，我国要独立开发大型风
力机，首先就需要去攻克叶片的技术壁垒，独立研究出气动性能良好的叶片，实现国内的风
力机叶片设计技术的不断突破[2-3]
1.2 课题研究的目的和内容
1.2.1 课题研究的目的
在国内关于风力机叶片的气动外形设计的研究还相对比较少，可借鉴的技术参考资料也
较少，同时国外在叶片气动设计方面的技术数据又属于保密资料，因此国内的叶片气动研究
方面难度大、进展缓慢[2]