垂直轴风力机因具有可利用各个方位的来流风,不需要偏航装置;发电设备和电力传输设备可放置地面,机组结构更加简单;对于低风速、高湍流度、更大风剪切以及城市区域,具有更高的发电效率,噪音更小等等优点,因而受到广泛关注。输出功率是衡量垂直轴风力机性能的关键因素,为保证高风速时机组输出稳定功率,同时减小所受荷载,本研究以一款20kw垂直轴风力机为例,开展了相应的研究。具体开展的工作如下:1、垂直轴风力机最优实度研究。以一款20kw垂直轴风力机为例,以CFD的方法,比较了时间步长与湍流模型对机组功率系数的影响;研究了叶片个数与弦长对大实度非对称翼型升力型机组气动性能的影响。总结出了不同叶轮实度下,此类机组功率系数的变化规律与最佳的气动参数;2、基于控制半径法的稳功率输出研究。选择20kw机组最优的设计参数,根据控制半径法改善机组的功率输出,并运用MATLAB程序设计出了新型的控制策略。通过CFD模拟对该策略进行验证表明:风速超过额定风速时,此策略将有效地控制机组的功率输出,同时保证机组在极端风况下的安全;3、风剪切对垂直轴气动特性的影响研究。运用双制动盘-多流管理论,研究了不同的风剪切指数下机组气动攻角与功率系数的变化规律,这将为机组在不同风剪切下运行、提高机组的运行稳定性提供有效的参考依据。本文提出的控制叶轮半径法技术容易实现,安全系数较高,本文通过气动计算证明了该方法对减载荷及平稳输出功率上都较为可靠。