风力发电作为清洁、无污染的能源,具有较好的经济效益和社会效益而受到世界各国的重视。风电的快速发展也带来一系列问题,高海拔地区的风电场受低温的影响会导致风机叶片覆冰,覆冰会改变叶片形状,改变叶片表面流场分布从而影响叶片的风能利用率,进而对风机的输出功率造成影响。因此研究叶片覆冰对风机输出功率的影响,对风电场的防冰除冰、提高覆冰地区风电场的年发电量十分重要。目前对风力发电机覆冰的研究多为对小风机的二维仿真研究,三维覆冰仿真研究较少,且很少有试验对三维仿真结果进行验证,对中大型风机进行试验研究更少。本文基于雪峰山覆冰试验基地建成的300kW风力发电机覆冰试验平台,主要对额定功率为300kW的风力发电机进行了不同覆冰条件下的三维仿真,利用Fluent软件模拟计算了风力发电机在不同雾凇、雨凇覆冰程度下风速、转速、桨距角对风力发电机输出功率和转矩的影响,并利用雪峰山基地300kW风力发电机在自然覆冰环境下对风力发电机的功率曲线与转矩曲线进行了试验验证,主要成果如下:(1)运用流体力学软件Fluent,基于多重参考系模型(MRF)计算了风力发电机的静止域和旋转域,得到风力发电机未覆冰、不同雾凇覆冰程度和不同雨凇覆冰程度对风力发电机的输出功率和转矩影响,并利用雪峰山自然覆冰试验基地对计算结果进行验证,结果表明:计算结果与试验结果变化规律相同,有较好的一致性。(2)雾凇覆冰时,风速越大,风力发电机的输出功率也随之增大,覆冰程度为10%时风机输出功率较未覆冰时下降约13%,覆冰程度为20%时,风机输出功率较未覆冰时下降39%,随着覆冰的加重,风机输出功率还会继续下降。当保持桨距角和风速不变,风机转矩随转速的增加出现拐点;桨距角越大,风机的输出功率和转矩越小。(3)雨凇覆冰时,风机的输出功率随风速的增大随之增加,当桨距角和转速不变时,风速增大到一定程度后基本保持稳定;当覆冰程度为5%时,额定风速下风机输出功率较未覆冰时下降了36.8%,当覆冰程度达到10%时,同等条件下风机输出功率较未覆冰时降幅达到50%,下降幅度很大;转速越大,雨凇覆冰后风机的输出功率越大;桨距角越大,风机输出功率和转矩随之减小。(4)叶片雨凇覆冰由于冰型的不规则性,改变了叶片表面的流场分布,边界层被破坏,当雨凇覆冰较重时,甚至会出现分离涡,进一步扰乱叶片周围的流场,使风机输出功率降低,叶片雨凇覆冰对风机输出功率和转矩的影响较雾凇更为严重。