我国风电场近年来发展迅速,但风电场覆冰问题不容忽视。叶片覆冰会影响风力机的稳定高效运行,给风电场的经济效益带来巨大损失。目前,国内外关于覆冰对风力机输出功率影响的研究主要是理论分析和仿真模拟,存在局限性。因此,结合自然覆冰和模拟覆冰两种情况,试验研究叶片覆冰对风力机功率特性的影响规律,可为风力机在覆冰环境下的性能评估提供参考,对保证风力机的安全稳定运行具有重要意义。本文依托重庆大学雪峰山自然覆冰试验基地的300kW风力发电机和重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室的100W水平轴风力发电机,采用自然覆冰和模拟覆冰两种试验方法,研究了叶片覆冰对风力机功率特性的影响规律,为定量研究风力机功率特性提供了数据支撑。论文的主要工作及成果如下:(1)试验研究了自然条件下不同覆冰情况对风力机功率特性的影响规律,得出自然条件下风力机功率曲线、转速曲线和风能利用系数变化曲线。结果表明,同一风速下,随着覆冰的增加,风力机输出功率下降。针对四组试验组(叶片展向95%截面前缘覆冰厚度分别为9mm、52mm、76mm、319mm),以洁净组为对照,风力机最大功率降幅分别为5.8%、56.9%、87.7%和99.7%(停机)。随着覆冰的增加,转速降幅加大,随叶尖速比增大,风能利用系数先增加后降低。风力机在限功率运行时,桨距角随风速的增加呈上升态势,轻度覆冰后的桨距角-风速曲线随功率限定值的逐级增加而整体降低。(2)针对小型风力机,以叶片流线冰和角状冰为基础,采用粘性材料模拟方式,系统地研究覆冰质量、驻点厚度等因素对风力机功率和转速的影响。研究结果表明,在相同风速下,随覆冰质量和驻点厚度的增加,风力机的平均功率损失、瞬时功率最大值的降幅以及平均转速损失均逐渐增大。(3)在实验室对风力机进行模拟覆冰,研究了不同风速下风力机功率和转速变化情况,得到风力机在不同覆冰程度和不同冰形时的功率曲线和转速曲线,分析了叶片覆冰给风力机带来的气动性能变化和功率损失情况。同流线冰相比,角状冰会带来更多的气动载荷损失,对叶片整体气动性能和风力机功率特性影响更大。