风力发电机组载荷计算
风力发电机整机性能评估与载荷计算的研究
三、研究展望
随着风力发电技术的不断发展，对风力发电机整机性能评估和载荷计算的研究 也将持续深入。未来研究可以下几个方面：
1、性能评估模型的优化：为了更准确、全面地评估风力发电机的性能，需要 进一步优化性能评估模型，考虑更多影响因素，提高评估精度。
2、载荷计算的精细化：针对不同地区、不同型号的风力发电机，开展更为精 细化的载荷计算，以适应不同环境下的运行需求。
3、维护保养优化：定期对风力发电机进行维护保养可以确保其正常运行，延 长使用寿命。优化维护保养方案可以提高维护效率，减少维护成本。
三、结论
风力发电机性能的优化对于提高风能利用率、降低能源成本、减少环境污染等 方面具有重要意义。通过叶片设计优化、控制系统优化和维护保养优化等措施， 可以实现风力发电机性能的全面提升，为可再生能源的发展提供更好的技术支 持。
1、风载计算
风载是风力发电机运行过程中所承受的主要载荷。风载计算主要是根据风速、 风向等气象数据，结合风力发电机的外形尺寸、迎风面积等参数，计算出风力 发电机所承受的风载。
2、疲劳载荷计算
疲劳载荷是由于风力发电机在运行过程中，反复承受风载、转速等因素引起的 交变应力而产生的。疲劳载荷计算主要是通过分析风力发电机的运行特性和结 构特性，结合疲劳试验数据，计算出风力发电机的疲劳载荷。
二、风力发电机性能优化的措施
1、叶片设计优化：叶片是风力发电机的重要组成部分，其设计对于风能利用 率和发电效率具有重要影响。优化叶片设计可以提高叶片的捕风能力，从而提 高风能利用率和发电效率。
2、控制系统优化：控制系统是风力发电机的关键部分，其性能直接影响风力 发电机的运行效率和稳定性。优化控制系统可以提高风力发电机的响应速度和 稳定性，减少能源损失。
海上漂浮式风电机组风波载荷计算与分析
海上漂浮式风电机组风波载荷计算与分析近年来，海上漂浮式风力发电技术的发展迅速，其具有位置灵活性、资源充足等优点，快速发展成为海洋可再生能源发电的重要方式。
但是，由于海上漂浮式风力发电机组是一种特殊的结构，它面临着海上恶劣的环境条件，特别是大幅度海浪和风场变化带来的预期外力给机组带来了一定的风波载荷，不仅会给机组的安全性和可靠性带来威胁，同时也会影响机组的发电效率和运行可靠性。
因此，如何准确的计算海上漂浮式风力发电机组的风波载荷，对于保障其安全、可靠运行至关重要。
首先，为了准确计算海上漂浮式风力发电机组的风波载荷，必须理解其规律性和特点。
根据海洋力学理论，风浪载荷主要有水平力矩、水平拉力和垂直水平力三种，其中水平力矩和水平拉力载荷是海上机组移动、活动和偏斜等运动带来的，垂直水平力是机组在海浪作用下抵抗力的体现，而它们彼此相互作用、相互影响，才构成了海上漂浮式风力发电机组的风波载荷。
其次，一般采用数值模拟的方式来分析风波载荷的影响。
模拟的主要流程是：确定所需的模型参数（如：机组几何特征、海浪特征），然后采用非线性有限元方法在运动的海浪场下分析机组的力学响应，并由此获得内力应力分布，最后得到相应的风波载荷能够得到准确估算。
另外，目前有一些模型或方法被用于计算风波载荷。
采用经典风波理论剖面法时，可以根据浪高、周期、频率等参数，计算出机组上的风波载荷信息。
此外，由于大型海洋计算流体力学（CFD）的发展，也可以采用CFD模拟来估算风波载荷。
CFD模拟首先要建立风波流动场的模型，然后将机组模型放入模拟场中，最后分析机组受力情况，从而得到相应的风波载荷数据。
最后，可以采用改进型模型来估算海上漂浮式风力发电机组的风波载荷。
例如，首先计算出某一点的风浪水平力矩，然后计算该点处海浪作用下的抵抗力，从而估算出海上漂浮式风力发电机组的风波载荷。
综上所述，准确估算海上漂浮式风力发电机组的风波载荷对于保障机组的安全性和可靠运行至关重要，计算海上机组受力情况必须从理解载荷规律特点和数值模拟进行，并可以采用已有的模型或方法，也可以采用改进模型来分析和估算海上漂浮式风力发电机组的风波载荷。
风力发电机组的载荷特征及计算
还 有 适 用 于 海 上 风 力 发 电 机 组 的 标 准 和 规 范 ，如 ：
收 稿 日 期 ：２０１２－０１－０５； 修 回 日 期 ：２０１２－０１－１２ 作者简介：高俊云 （１９６５－），男，山西晋中人，教授级高级工程师，硕士，研究方向：机械动态测试与分 析、 机 械 故 障 诊 断 及 风 力 发 电 机 组 计 算
图 ３ ＧＨ Ｂｌａｄｅｄ 软 件 菜 单 模 块 和 计 算 模 块
（下 转 第 ２０８ 页 ）
· ２０８ ·
机 械 工 程 与 自 动 化 ２０１２年第３期
得到了广泛应用。该工艺通过涂覆金属表面来提高表 面的抗磨和耐蚀性。香海热电厂锅炉超音速电弧喷涂 ＳＣＺ３６涂层水冷壁管经 过 长 期 运 行，外 观 检 查 涂 层 完 好 ，未 见 裂 纹 、脱 落 和 磨 损 等 宏 观 缺 陷 。
参考文献： ［１］ 王学武．金属表面处理技术［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００９． ［２］ 金国，徐滨 士，王 海 斗，等．电 热 爆 炸 喷 涂 ＷＣ／Ｃｏ涂 层 组
织 和 性 能 研 究 ［Ｊ］．金 属 热 处 理 ，２００６，３１（２）：２３－２６． ［３］ 刘东雨，熊建，候世香，等．电 热 爆 炸 喷 原 位 合 成 Ｆｅ－Ａｌ系
（２）认 证 ：确 保 载 荷 计 算 应 用 了 适 当 的 方 法 ；工 况 假定全面且符合标 准 要 求；结 果 真 实 可 靠。 载 荷 计 算
报告是风力发电机组认证必须提交和确认的文件。 风力发电机组作为一个复杂的系统，子系统之间相
1.5MW风力机叶片载荷计算与分析解析
摘要风能是一种取之不尽、用之不竭、储量丰富的清洁可再生能源。
与传统能源相比，风能具有不污染环境，不破坏生态，分布广泛，就地可取，周而复始，可以再生的诸多优点。
风力机在风能利用中占有最主要的地位，叶片则是风力机中核心的部件，也是受力最为复杂的部件。
载荷研究是其设计中最为关键的基础性工作，也为所有后续风力机设计、分析工作提供依据。
本文以NACA4412翼型的叶片为研究对象，对其静态载荷进行了研究。
主要研究内容如下：（1) 综合国内外各种文献，对风力发电的优越性和发展状况进行了简单的介绍。
（2）在风力机空气动力理论的基础上，对动量理论，叶素理论还有涡流理论进行了介绍。
（3）对风力机的设计工况和载荷工况进行了介绍，并在动量理论，叶素理论还有涡流理论等理论基础上对叶片载荷进行了计算。
（4）通过运用Matlab软件,对叶片载荷进行了图谱分析，画出了在气动力，重力，离心力作用下的图谱。
关键词：风力机；叶片；载荷分析AbstractWind energy is a kind of clean and renewable energy which is unlimited and abundant. Compared to the traditional energies, wind energy contains many advantages, such as no pollution to the environment, no destruction on the zoology, widespread, in situ desirable, moving in cycles and can be recycled.Wind driven generator occupies the main status in the process of wind utilization, and blade is the core and the most complicated element of it, especially when it comes to the force analysis. Study of load is not only the critical section and basic work in the design of wind driven generator, but also provides the basis for all subsequent wind driven generator’s design and its analysis work. This paper takes NACA4412 airfoil blade as the research object and studies its static load. Main research contents are as follows:(1) Integrated all kinds of documents at home and abroad, this paper simply introduces the advantages and development conditions of wind driven generator.(2) Based on the wind turbine aerodynamic theory, the momentum theory, the blade element theory and vortex theory are introduced.(3) It introduces design conditions and loading conditions of wind driven generator. Meanwhile, on the basis of momentum theory, blade element theory, vortex theory and etc., it calculates the load of blade.(4) By using Matlab software, this paper has an atlas analysis on the load of blade, draws the atlases of aerodynamic force, gravity and centrifugal force which are under their own impact.Key words: wind driven generator; blade; load analysis目录摘要 (I)Abstract (II)1绪论 (1)1.1风力发电发展现状 (1)1.1.1前言 (1)1.1.2风力发电装机容量现状 (2)1.1.3我国风力发电利用现状 (2)1.2水平轴风力机叶片概述 (3)1.3论文主要研究内容 (5)2水平轴风力机叶片理论 (6)2.1风与风能 (6)2.2风轮叶片主要参数 (6)2.3风力机空气动力学 (7)2.2.1动量理论 (7)2.2.2叶素理论 (11)2.2.3涡流理论 (13)2.4风力机叶片的设计方法 (14)3水平轴风力机叶片的载荷分析 (17)3.1叶片载荷类型与来源 (17)3.1.1载荷类型 (17)3.1.2载荷来源 (17)3.2叶片设计工况与载荷状况 (18)3.2.1设计工况 (18)3.2.2载荷状况 (18)3.3叶片载荷分析基本要求 (20)3.3.1载荷分析影响因素 (20)3.3.2载荷分析要求 (21)3.4风力机叶片载荷计算 (21)3.4.1坐标系的确定 (21)3.4.2气动力载荷计算 (24)3.4.3重力载荷计算 (25)3.4.4离心力载荷计算 (25)3.5风力机叶片载荷分析 (26)3.5.1载荷分析基本参数 (26)3.5.2叶片载荷分析 (28)3.6本章小结 (37)结论 (38)致谢 (39)主要参考文献 (40)1绪论1.1风力发电发展现状1.1.1前言从古到今，人类为能得到更好的生存条件、物质基础，不停的为促进社会经济的发展而奋斗。
风力发电机组设计载荷的分析
Design loads analysis of wind turbine generator system
Ning Lipu,Ning Xin,Yang Hui,Chen Lerui （Henan Institute of Science and Technology,Xinxiang 453003,China ） Abstract:Combining the external environment and the international standards of wind turbine,the design load
风力发电机组 的运行状态 极端状态 正常运行状态
安装运输状态
故障状态 图 2 风力机发电机组的运行状态 表 1 风机主要参数 项目 额定功率 轮毂高度处的额定风速 风场类型 轮毂高度 风轮直径 桨叶数 切入风速 切出风速 轮毂高度处的年平均风速 风速梯度 气流斜度 数值 1.5 MW 12.5 m/s ⅡA 64.5 m 70.00 m 3 3.5 m/s 25 m/s 8.5 m/s 0.2 8 deg
Key words:wind turbine,load analysis,fatigue loads,extreme loads
在风力机设计中必须确定风力机所处的环境和各种运行条件下所产生的各种载荷, 其目的是对风 力机零部件进行强度分析 （包括静强度分析和疲劳强度分析 ） 、 动力学分析以及寿命计算,确保风力机在 其设计的寿命期内能够正常运行.该项工作是风力机设计中最基础性工作,所有的后续工作都是以载荷 计算为基础的. 在计算载荷时,要考虑到风力机的复杂性,它是风、 空气动力学、 波浪、 结构动力学、 传动系统、 控制 系统等复杂作用的结果.风力机是与众不同的设备,叶片翼型经常运行在失速的状态下,很可能产生结构 共振、 载荷不规则、 高周疲劳等现象,这就决定了载荷计算的困难程度.
风力发电机叶片等效载荷计算及载荷谱分析
风力发电机叶片等效载荷计算及载荷谱分析米良;聂国林;程珩【摘要】风力发电机叶片部位通常受到随机变幅载荷的作用,所受随机载荷的随机性和无序性给载荷数据的处理带来了很大的困难.当前的数据处理方法通常是将随机变幅载荷转化为等效恒幅载荷进行分析,但由于其未能考虑低于疲劳极限的载荷对疲劳损伤所产生的影响故而会产生较大误差.针对上述问题,提出一种基于模糊理论的等效载荷计算方法,引入恰当的隶属函数,充分考虑低于疲劳极限的载荷对疲劳损伤所造成的影响,更加符合实际情况,以期提高等效载荷的计算精度.%The blade of wind turbine is usually subjected to random variable amplitudeload,which makes it difficult to process the load data.The current data processing method usually transforms the random load into equivalent constant amplitude load to reduce the data processingcapacity.However,the current method of equivalent load calculation fails to take into account the influence on the fatigue life made by the stress amplhude below the convention fatigue limit.So there is a large error in the equivalent load calculation by the current method.In view of the problems above,It properly considers the effects on fatigue life caused by load stress amplitude below the fatigue limit and presents a method of equivalent toad calculation by introducing the appropriate membership function based on fuzzy theory,which is more close to the actual situation.Thus improves the accuracy of the equivalent load calculation.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2017(000)003【总页数】3页(P141-143)【关键词】模糊理论;等效载荷;隶属函数;程序载荷谱【作者】米良;聂国林;程珩【作者单位】太原理工大学新型传感器与智能控制教育部与山西省重点实验室,山西太原030024;太原理工大学新型传感器与智能控制教育部与山西省重点实验室,山西太原030024;太原理工大学新型传感器与智能控制教育部与山西省重点实验室,山西太原030024【正文语种】中文【中图分类】TH16;TK83风力发电机叶片是风电机系统中的重要工作部件，承载了主要的风力载荷，最容易发生疲劳破坏。
风力机组气动特性分析与载荷计算-1
目录1前言错误!未定义书签。
2风轮气动载荷............................................... 错误!未定义书签。
2.1动量理论.................................................................................................. 错误!未定义书签。
2.1.1不考虑风轮后尾流旋转 .................................................................. 错误!未定义书签。
2.1.2考虑风轮后尾流旋转...................................................................... 错误!未定义书签。
2.2叶素理论.................................................................................................. 错误!未定义书签。
2.3动量──叶素理论.................................................................................. 错误!未定义书签。
2.4叶片梢部损失和根部损失修正 .............................................................. 错误!未定义书签。
2.5塔影效果.................................................................................................. 错误!未定义书签。
2.6偏斜气流修正.......................................................................................... 错误!未定义书签。
浅谈风功率、能量及载荷的评估计算
Ｅ一∑ Ｅ一丁 ∑
式中， ｐ为平均功率， 有
风机 的尾流漠型有若干种。 其中Ｐ Ａ Ｒ Ｋ模型考虑基于风ｃ 『 １ 位置的 风向分布和风机腱力 特 眭来计算尾流造成的损失。这是两维 塑 型， 受至 艮 多的限制。 这个积分式不能解析求出， 需数字计算。 ３ 风况和风场对风机载荷的影响 可对风机的实际功率曲线分段线性拟台 ， 拟合后功率曲线的表达式为 ３ ． １ 极值风速 ｐ（ ） 兰 —・ ： 上 （ ｔ ， 一 ） ＋Ｐ ， ＜ ＜ ｔ Ｉ 般隋 况下， 所测得的风频分布与韦布尔（ Ｗ ｅ ｉ ｈ ｕ ｌ 盼 布吻合得很好。 因 Ｖ ｌ 一 极值风速则不能用韦布尔分布来描述。极值风速为在 ｎ 年的时间内， 计算发电量时， 应考虑到 ， 功率与空气密度成正比。空气密度与大气 而， ０ ｍ ｉ ｎ的平均风速达到的最大 值。 在设计中人 的是 ５ ０ 年一遇的 温度和气压有关 ， 可用气压高度公式来计算。温度和高度增高， 空气密度 １ 最大风速。通过下式可统计极值 风速， 即 减小。通常 ， 按照空气密度 Ｐ －Ｉ ．２ ２ ５ ｋ ｇ ／ ｍ 给出功率曲线。
利用测量的风速以及由此得到的风频图或者分 布函数 ， 就可依据风机的功率曲线估计发电量。由于 年到另一年 风速分布波动很大，因Ｉ 先确 定２ 贝 ０ 量时间长度，以能够给出具有代表 陛的统计结
一
风 帆 逛 面 向 毕 刊 布 置
… － ＿
： 风 Ｒ 向 札 改 ＃ 变
●
＂
一 ・ ， ・ － － － － ・ ・ 一 － － ・ － 一 － － ・ 一 ・ ・
二 二
鼻 —一
、
图 １ 功 率 曲线 测 量 实 例
ｐ ｉ ＝ｌ ／ ２ ｐ ｖ
大型水平轴风力发电机组动态载荷计算方法研究
根据负载情况计算作用在风轮轴上的反转矩。
根据风轮、变速箱、发电机系统的动力平衡确定系统 的旋转加速度、速度以及下一时刻的参考方位角。
有了载荷以后，就可以根据叶片运动方程进行 响应计算。对于弹性响应来说，它会影响叶素的气 动载荷，因此需回到第一步去重新计算。这个过程 重复进行直到弹性响应的精度达到要求。
初始风速为额定风速，在极端连续阵风基础上 同时伴随极端风速变化（ＥＣＤ）情况下正常功率输
出。
，罢
；２０
鞘
。５
厂
一。
１０＼：！：一 ５
一＿），龊孵职
１
∞ ∞加。伽加枷蚰
『、
《 摆
畦 球
Ｆｉｇ ５
图５ ＤＬＣｌ３风速、侧滑角、桨距角 和转速时厨历程
Ｔｈｅ ｗｉｎｄ ｓｐｅｅｄ，ｓｉｄｅｓｌｉｐ ａｎｇｌｅ ａｎｄ ｐｉｔｃｈ ａｎｇｌｅ ｖｓ．ｓｐｅｅｄ ｔｉｍｅ ｅｏｕｒｓｅ（ＤＬＣ １３）
阻尼采用通用模型——瑞利（Ｒａｙｌｅｉｇｈ）模型描
述，它的主要优点是运动方程的非耦台性。阻尼模
型有形式：
Ｃ—ａＭ＋腿
式中；ｏ，ｐ为模态常数。
文现：在＝设文：卜．。＋ｏ…５（Ｘ ＋Ｘ。）出
Ｘ，＝Ｘ卜址＋０．５（Ｘ卜Ⅱ＋Ｘ。）Ａｔ
—Ｘ卜。＋Ｘ卜．∞出＋０．２５（Ｘ卜。＋Ｘ。）Ａｔ２
（·）为对时间的导数。将它们代入运动方程，并经
整理得
。
ｍ
２—Ｆ——ｃ（工—卜—。＋—Ｏ一—５Ｘ丽。血百）一丽戤面Ｘ卜万ｍ＋膏丽卜驴出出—＋—０ ２—５胃卜—。出～２）
其中下标ｆ一出是指￡前～时刻的量。这样就把当 前的加速度与当前的力和前一时刻的位移、速度和 加速度联系起来，以提高迭代计算的收敛性能。
பைடு நூலகம்
沈工大1.5MW载荷计算报告
1.5MW双馈变速恒频风力发电机组载荷计算报告沈阳工业大学风能技术研究所2008年3月15日目录1、概述 (3)2、坐标系的说明 (3)3、输出载荷 (4)4、机组原始参数 (5)5、计算参数 (5)6、计算工况 (6)7、极端载荷 (7)8、疲劳载荷 (34)8.1叶片、塔架、主轴承的等效载荷、 (34)8.2 雨流循环计数图 (48)9、机组模态 (68)1、概述根据机组的原始参数，通过Blade工具软件，根据IEC标准二类机组安全条件计算出机组各工况载荷。
2、坐标系的说明在计算过程中用到的坐标系有叶片坐标系、轮毂坐标系、机舱坐标系、塔架坐标系。
如下图所示，图1 叶片坐标系图2 轮毂坐标系图3 机舱坐标系图4 塔架坐标系3、输出载荷根据设计需要输出如下载荷：1）叶片根部载荷；2）轮毂中心载荷；3）塔架项部载荷；4）塔架根部载荷；5）偏航轴承载荷。
4、机组原始参数本计算报告所需机组参数来源于《1.5MW双馈变速恒频风力发电机组设计》文件。
5、计算参数额定功率 1500 kW 轮毂高额定风速 12.5 m/s 安全等级 ⅡA轮毂高 65 m 极端平均风速（10 min）V50（50年一遇） 42.5 m/s V1（1年一遇） 31.88 m/s 极端风速( 3s)Ve50（50年一遇） 59.5 m/s Ve1（1年一遇） 44.63 m/s 运行风速范围 3.5～25 m/s 风场年平均风速 8.5 m/s 威布尔形状因子 2风剪切指数 0.2风速垂直倾斜度 8 deg 停机桨距角 90 deg 风轮不平衡质量叶片1 0 kg叶片2 40 kg叶片3 40 kg 风轮叶片气动不平衡叶片1 0 deg叶片2 0.3 deg叶片3 -0.3 deg 结构阻尼叶片 0.7 %塔架 0.5 %变桨速率 ±10 deg/s 正常机械刹车风轮转速 2 rpm 紧急刹车风轮转速 24 rpm 紧急停机发电机功率 1650 kW6、计算工况载荷工况载荷因子DCL1.1初始风速为额定风速和切出风速，正常湍流风速模型(NTM)下功率输1.35出，偏航误差±10°。
(完整word版)屋顶风力发电机荷载计算指标速查表
(完整word版)屋顶风力发电机荷载计算
指标速查表
屋顶风力发电机荷载计算指标速查表
背景信息
屋顶风力发电机是一种利用风能产生电力的装置，广泛应用于建筑物的顶部。
为了确保发电机的安全运行，需要进行荷载计算。
本文档旨在提供一份屋顶风力发电机荷载计算指标速查表，既方便工程师计算荷载，又能确保发电机符合安全要求。
荷载计算指标速查表
使用说明
1. 根据具体的项目需求，确定设计风速等级。
2. 使用风速和建筑物高度等参数计算风荷载，并与结构强度进行对比。
3. 根据发电机的重量和风荷载，计算基础的承载能力，确保基础的稳定性。
4. 考虑到风力的变化和振动对发电机的影响，确保运行的稳定性。
5. 根据高空作业的安全性要求，设置必要的安全措施和防护装置。
6. 根据发电机的性能参数和运行条件，计算预期的电力输出效果。
7. 按照发电机的维护保养指南，制定合理的维护计划和周期，确保长期运行的可靠性。
注意事项
- 在计算荷载时，务必遵循相关的设计规范和标准。
- 考虑到现场实际情况和人员安全，需要对设计结果进行实地检查和评估。
- 根据发电机的性能要求和项目需求，可能需要对荷载计算指标进行调整。
总结
屋顶风力发电机荷载计算指标速查表是一个方便工程师计算荷载的工具，通过明确各项指标，能够确保发电机的安全运行。
在使用过程中，请务必遵循相关规范和标准，并进行现场实地检查和评估。
同时，根据实际情况和项目需求，可以对荷载计算指标进行适当调整，以确保发电机的性能和安全性。
第四章 风力机载荷计算
华北电力大学 可再生能源学院 15
如果图中的角选得好，合力矩可为零，此时叶片只承受拉 应力。 设T是风轮轴向推力，B是叶片数，P是作用于每一个叶片 的离心力，则
风轮的旋转效应
当风轮绕塔架中心轴偏转时，正在旋转着的风轮桨叶除产 生气动力外，还产生离心力及旋转惯性力。两个旋转运动 的叠加作用在桨叶中产生了附加力矩。设 为风轮旋转角
华北电力大学 可再生能源学院 16
速度，1 为风轮偏转角速度，I为桨叶相对于旋转轴的惯性 矩，则在桨叶根部处的附加总力矩为
(1 a) 1 • 计算来流角 arctan (1 b) l • 计算梢部损失系数F 2 B Rr f F arccos(e ) f 2 R sin • 计算风力机性能。
华北电力大学 可再生能源学院 2
1 3a b 4a 1
风轮的性能计算
不在最佳运行状态时
该力矩应叠加到由气动力和重力等所产生的弯矩中去。
几种供强度校核用的外载荷计算法 苏联法捷耶夫的暴风雨工况校核 或
华北电力大学 可再生能源学院
17
也可写成：
在强度校核时，在单个叶片的分布采用三角（如图）。由此， 可以算得各剖面弯矩分布等外载。
华北电力大学 可再生能源学院
18
荷兰ECN公式
ECN公式以及下面的联邦德国DFVLR公式，丹麦的 RIS公式，Fs 在叶片上分布都采用三角形分布，Fs 是作 用在叶片 上的最大载荷并作为强度校核用。该载荷不但 考虑了暴风工况，还考虑了动态疲劳等因素，但所得的 计算结果各公式差别较大，这反映了各公式的来源（实 验结果）的差别。下面列出ECN公式。
风载荷计算标准
风载荷计算标准一、风速确定在进行风载荷计算时，首先需要确定建筑或结构物所在地的平均风速。
风速应根据气象站或气象雷达的观测数据进行确定，同时还应考虑风速的平均变化率和极端风速的影响。
根据不同建筑或结构物的特点，可以采用风洞实验方法对风速进行测量和模拟。
二、风载系数计算风载系数是风载荷与基本风压的比值，基本风压是指距地面10米高度处，统计所得的50年一遇的最大风速压力。
根据建筑或结构物的迎风面形状、尺寸和高度等特征，以及风速和风向的变化情况，可以通过风载系数计算出建筑或结构物所受到的风载荷。
三、风载压力分布根据风载系数计算出的风载荷，需要按照一定的方式分布到建筑或结构物的各个面上。
一般情况下，风载压力沿建筑物高度方向分布呈梯形，根据风载压力分布函数和建筑或结构物的形状、尺寸等参数，可以计算出各个面上的风载压力。
四、结构抗风设计在进行建筑或结构物的抗风设计时，需要综合考虑建筑或结构物的刚度、强度、稳定性等因素。
在设计中应尽量避免共振效应，同时还应考虑风速变化对结构受力的影响。
根据结构形式和受力特点，可以采用不同的抗风措施，如增加支撑、改变形状、增加重量等。
五、风振分析风振是指建筑或结构物在风的作用下产生的振动现象。
在进行建筑或结构物的设计时，需要进行风振分析，以确定建筑或结构物的自振频率和阻尼比等参数。
通过对风振进行分析，可以预测出建筑或结构物在各种风速下的振动响应，从而采取相应的措施进行抗风设计。
六、疲劳强度评估由于风载具有随机性和不稳定性，长时间的作用下可能会对建筑或结构物造成疲劳损伤。
因此需要对建筑或结构物进行疲劳强度评估，以确定其抗疲劳性能。
在评估中需要考虑风载作用下的应力变化和应力集中等因素，同时还应考虑材料和结构的特性。
根据评估结果可以采用相应的措施进行加固和维护等处理。
七、风洞实验在进行建筑或结构物的抗风设计时，可以进行风洞实验以确定其气动性能和稳定性等方面的性能。
在实验中可以在不同的风速和角度下对模型进行测量和分析，同时还可以观察和分析建筑或结构物的涡旋脱落和振动响应等情况。
对IEC 61400-1(第四版)中风电机组载荷计算部分的解读与分析
对IEC 61400-1（第四版）中风电机组载荷计算部分的解读与分析＊文|高俊云I E C61400-1（Wi n d e n e r g y generation systems―Part1: Design requirements 风能发电系统⸺分：设计要求）是陆上风力发电机组设计的国际标准。
该标准定义了风力发电机组从选型到最终完成设计全过程的最低技术要求。
目前，1999年2月发布的IEC 61400-1第二版已经废止，国内外大部分的风电机组整机制造商都是按照2005年8月发布的IEC 61400-1第三版及2010年10月发布的增补1进行陆上风电机组的设计。
IEC 61400-1第三版发布距今已有约15年的时间，我国通过翻译以等同采用的方式于2012年推出了GB/T 18451.1―2012。
经过十多年的发展，风力发电技术取得了长足进步，风电机组额定功率已从千瓦级跨入兆瓦级时代。
机组的安装地点也越来越广，从普通地区扩展到高海拔地区、高温地区、山地、寒冷地区及台风影响区。
风电机组装机容量的不断增加，对电网的适用性，如低电压穿越、高电压穿越等，也提出了更严格的标准。
特别是近年来适用于低风速区的长叶片机组的开发，对机组可靠性和载荷优化控制提出了很高的要求，出现了独立变桨、激光测风前馈控制等许多新的降载控制技术。
这些变化和发展使得标准中存在的一些不足逐渐显现，如机组安全等级覆盖范围较小、湍流模型和载荷外推方法以及安全系数选取的合理性不足、未考虑覆冰对叶片气动性能的影响、机组可靠性设计和评估指标不够明确等。
自2011年开始，国际电工委员会（IEC）组织包括北京鉴衡认证中心在内的多家国际风电机组认证机构、整机生产厂家、相关科研机构等，进行IEC 61400-1（第四版）的编写工作，2019年2月该版标准正式发布。
对比IEC 61400-1第三版及增补1，该版标准结合了近年来风电机组设计技术的发展，不仅标准名称由第三版的“Windturbine”（风电机组）改为了“Windenergy generation systems”（风能发电系统），而且新版标准的内容对多个部分，如载荷仿真、控制系统、结构计算、可靠性、场址适应性评估等，都进行了修订和增补。
风机的风载荷的计算
第6章 结构荷载本项目分析内容包括结构的强度和屈曲分析、单工况动力分析和动力耦合分析。
因此，结构分析荷载分为静荷载和动荷载。
静荷载包括风机运转荷载、风、浪、流和冰荷载；动荷载包括风机运转荷载、风、浪、流、冰和地震荷载。
6.1 强度与屈曲分析荷载 6.1.1 风机运行荷载风力发电机组运行时，其叶片上的风荷载和风机偏航引起的荷载通过结构和传动机构作用在塔架顶端，因此，DnV 规范规定，海上风电机组基础结构设计应考虑风电机组的荷载。
这部分荷载包括：风轮上的静风压引起的荷载、湍流和尾流引起的荷载、风力发电机偏航引起的荷载和风力发电机组的重力荷载等。
中华人民共和国机械工业部标准（JB/T10300-2001）对风力发电机组的荷载计算做出了具体的规定： 6.1.1.1 正常运行荷载1、风轮上的气动荷载 (1) 作用在风轮上的平均压力作用在风轮扫掠面积A 上的平均压力H p 由下式计算：2H FB 12r p C V ρ=（6.1.1） 式中：C FB =8/9；ρ——空气密度； V r ——额定风速。
代入系数值并经量纲转换后得：2H 1800r V p =（kN/m 2） （6.1.2）式中：V r 的量纲为m/s 。
(2) 作用在塔架顶部的力为：XH H F p A = （6.1.3）(3) 湍流、风斜流和塔尾流的影响利用气动力距风轮中心的偏心距e w 来考虑湍流以及风斜流和塔尾流的影响：22w rwR e V = （6.1.4） 式中：R ——风轮半径；w ——任一方向风的极端风梯度，取w =0.25m sm或风速梯度的1.5 倍（二值中取较小值）。
由于此偏心距而产生最大附加力矩为：YH H w M p Ae = （6.1.5）或ZH H w M p Ae = （6.1.6）(4) 扭矩XH M 由最大输出功率P e1 确定：e1XH P M ωη=（6.1.7）式中：ω——风轮转动角速度；η——发电机和增速器的总效率系数。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• 运输、组装、维护和修理
c 北京鉴衡认证中心
风力发电机组载荷计算
故障工况
• • • • • •
所多内故故必有个部障障须可相故仿发考能关障真生虑发的与需后故生故外符的障的障部合保及w单（故故护故w一如障障措障w.故处可描施所si障于能述需引m同需符发os一要合的ol故同风保ar障时机护.c链 考 设 措om中虑计施）可，能需引同起时的考瞬虑态
c 北京鉴衡认证中心
From Eurocode3
风力发电机组载荷计算 • 疲劳载荷谱
c 北京鉴衡认证中心
谢 谢！
c 北京鉴衡认证中心
.sim a [] 2 2 2 2 w B I15 [] 0.16 0.16 0.16 0.16
wwa [] 3 3 3 3
S
由设计 者规定 各参数
注： Vref：轮毂处参考风速 Vave：轮毂处平均风速 I15：风速15m/s时的湍流强度 a: 斜度参数
风力发电机组载荷计算
载荷计算使用的坐标系
c 北京鉴衡认证中心
Picture from Internet
风力发电机组载荷计算
c 北京鉴衡认证中心
风力发电机组设计等级
（IEC614001：1999）
m 级别 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ r.co Vref [m/s] 50 42.5 37.5 30 ola Vave [m/s] 10 8.5 7.5 6 os A I15 [] 0.18 0.18 0.18 0.18
•风
• • • • • •
空叶控传电塔气片制动力架动 动 系 系 动力力统统力学学动学w力w学
• 基础
c 北京鉴衡认证中心
风力发电机组载荷计算
风力发电机组载荷计算标准
• •
陆 2海 O0S上上05J风风）10机 机；1：：G…LGIEBGC16u81id44e501l0wi.n13ew（；2w02G00.3L0s；1iGm）…u；iodseIEloiCnlae61r(4O.c0f0fosm1h（or1e9) 9290，05; DNV
• 停机模式
紧急停机（桨距角、机械刹车）
c 北京鉴衡认证中心
风力发电机组载荷计算
时序仿真概念
外部条件
www.风si力m结载力发构荷学o电载工模s机荷况型o组la动 载荷时间历程
机组操作或状态
疲劳载荷
c 北京鉴衡认证中心
极端载荷
风力发电机组载荷计算
载荷计算常用软件
•
常用工具
– Bladed – Fast – Flex5 – Adams
– 极端操作阵风（EOG）
– 极端方向变化（EDC）
– 带方向变化的极端相关阵风（ECD）
– 极端剪切变化模型（EWS）
c 北京鉴衡认证中心
风力发电机组载荷计算
载荷计算工况
• • • • • •
启动 发电 发电和产生故障 正常关机 紧急关机 停机
• 停机和故障状态
for
wWwinwd.oswims
c 北京鉴衡认证中心
Bladed for Windows界面
风力发电机组载荷计算
载荷计算各因素作用关系
时域风场 空气动力学 气动载荷
ww结轮w构、.属塔s性架i结m等（构风）o动s力ol响传a应动r.系co统m特性控制及保护系统 响应时间序列
响应
• 适当的外部条件选择（如常规风况NTM，NWP）
c 北京鉴衡认证中心
风力发电机组载荷算
载荷工况举例——DLC1.5
• • • • • •
风模型 风速 阵风幅值 风向 风机状态 故障
www.siEm脱18运83O.°4o网行mG7s、（mo（1l0a脱风°r网.轮c、o时方8m°间位）角）
对 件 组 对 工于 承 可 于 况设 载 靠 认 假计在性证定：设。：全提确面计w供极保且ww强限载符.度内荷合sim分计标；o析算准优so载化应要lar荷运用求.co依 了 ，行m据 载 适 结当 果， 荷确 ， 真的保 提 方 实各 高 法 可部 机 ， 靠。
c 北京鉴衡认证中心
风力发电机组载荷特点
（ IEwCw6w14.s0im0o1so：lar1.9co9m9 ）
c 北京鉴衡认证中心
风力发电机组载荷计算
载荷计算的基本要求 • 在 设惯 空计性气由静考力动计晃态虑和 力算动和气重 学、动动时（力 载旋态弹，载 荷转力性wIE必、荷wC重须w力6.考s或1i虑地m4震0下o作0s列o用1l载产ar生：荷.c的o1静m9态9和9动）态力
风力发北ww电京发w鉴言.机si衡人m组 认：os证韩ol载a中炜r.心c荷om计算
2008414
c 北京鉴衡认证中心
内容概要
1. 2.
风 风力力发发w电电w机机w.组组sim载载o荷荷so计特la算点r.c目om的
3. 风力发电机组载荷计算
c 北京鉴衡认证中心
风力发电机组载荷计算目的
• •
疲劳载荷
时序分析
极限载荷
c 北京鉴衡认证中心
风力发电机组载荷计算
Blade 1 Mx [kNm ]
载荷计算结果
2000 1500 1000
500 0
500 1000 1500
0
50 www10.0 sTiimme [so]15s0 olar.2c00om
250
300
c 北京鉴衡认证中心
Flapwise moment [kNm]
风力发电机组载荷计算
载荷计算结果
800
600 400 200
0 200 400
0.0
2.5
5.0
7.5
10.0
12.5
15.0
17.5
www.s Time [s]
20.0
22.5
25.0
c 北京鉴衡认证中心
风力发电机组载荷计算
结果输出及分析（极限载荷）
• •
极值柱状图 极限载荷表
作用颗粒、雷电、地 震、盐雾）
c 北京鉴衡认证中心
风力发电机组载荷计算
载荷计算外部条件
• •
电土–– 电 断网 壤压 电条 条、 （件 件频2(0基率次w础、/w年电w相，.压s关每im不次)o平s最o衡la长r.1c周om）
c 北京鉴衡认证中心
风力发电机组载荷计算 载荷计算风况
• •
常 极–––––规限风常常极极风风速规规端端况 况分风湍湍风布廓流流模线模模型模型型（型（（EWw（NEMTTwNMM）Ww））P.）
运行载荷
控制保护系统的影响、瞬时操作载荷 （IEC614001第三版：增加了对刹车、摩擦、弹性力范围的要求）
其它载荷（波载，尾流载荷，冲击载荷，冰载）
c 北京鉴衡认证中心
风力发电机组载荷计算
载荷计算外部条件
• 环–– 境风其湿阳化况它度辐学条（环、射作件最境空、用主条气雨物要件密、质w的（度冰、w）温、雹机w.度太、械si、
c 北京鉴衡认证中心
风力发电机组载荷计算
结果输出及分析（疲劳载荷）
各工况累计发生次数w单或w次时疲w时间.劳s序i载m载荷o荷s计o（算la1工0r.m况cionm）
雨流计数法
等效疲劳载荷
c 北京鉴衡认证中心
载荷谱
风力发电机组载荷计算
结果输出及分析（疲劳载荷） • R等eq 效= 疲ççèæ å劳nRe载qim n荷i w÷÷øö1w/ m