风力发电机组 极限载荷
风力发电机组载荷计算
• 运输、组装、维护和修理
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风力发电机组载荷计算
故障工况
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风力发电机组载荷计算 • 疲劳载荷谱
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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
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载荷计算使用的坐标系
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风力发电机组载荷计算
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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
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风力发电机组载荷计算
风力发电机组载荷计算标准
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。
风力发电机组 极限载荷
风力发电机组极限载荷风力发电机组是一种利用风能转化为电能的设备。
在使用过程中，由于风力的不稳定性，风力发电机组会受到一定的极限载荷。
本文将就风力发电机组的极限载荷进行讨论。
我们需要明确什么是极限载荷。
极限载荷是指风力发电机组所能承受的最大负荷，也是其安全运行的上限。
超过极限载荷的运行会导致风力发电机组的损坏甚至故障，因此在设计和使用过程中需要严格控制载荷。
影响风力发电机组极限载荷的因素有很多，其中最主要的是风速。
风力发电机组是通过风力转动叶片来产生电能的，当风速超过一定范围时，叶片会受到过大的力量，超过极限载荷。
因此，在设计风力发电机组时，需要考虑当地的平均风速以及最大风速，并根据这些数据确定叶片的尺寸和材料，以保证在最恶劣的天气条件下都能安全运行。
风力发电机组的结构强度也是影响极限载荷的重要因素。
风力发电机组通常由塔架、机舱、发电机和叶片等组成，每个部件都需要能够承受一定的载荷。
因此，在设计和制造过程中，需要考虑各个部件的强度，并进行充分的结构分析和优化设计，以确保风力发电机组能够承受预期的载荷。
风力发电机组的运行状态也会对极限载荷产生影响。
例如，当风力发电机组处于停机状态时，叶片会被固定在某个位置，此时如果遭遇到强风，会对叶片产生较大的力矩，超过极限载荷。
因此，在停机状态下需要采取相应的措施，如调整叶片角度或加固叶片结构，以减小载荷对叶片的影响。
还有一些其他因素也会对风力发电机组的极限载荷产生一定的影响，如环境温度、湿度和海拔高度等。
这些因素会影响风力发电机组的材料特性和运行状态，进而影响其极限载荷。
总结一下，风力发电机组的极限载荷是指其所能承受的最大负荷，受到多种因素的影响，如风速、结构强度、运行状态以及环境因素等。
在设计和使用风力发电机组时，需要充分考虑这些因素，以确保风力发电机组能够安全稳定地运行。
只有合理控制载荷，才能最大程度地发挥风力发电机组的功效，为人们提供清洁可再生的电能。
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
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.
风电机组载荷计算指标
风电机组载荷计算指标
风电机组载荷计算指标可以包括以下几个方面：
1. 功率载荷指标：包括平均功率载荷、峰值功率载荷、功率波动指标等。
平均功率载荷指标可以衡量风电机组在一段时间内的平均负荷水平，峰值功率载荷可以衡量风电机组在最大负荷条件下的承载能力，功率波动指标可以衡量风电机组在工作过程中的功率变化情况。
2. 轮毂载荷指标：包括轮毂挥舞角、轮毂转矩、轮毂测力计等。
轮毂挥舞角可以描述风电机组叶片在运行过程中的振动情况，轮毂转矩可以衡量叶片受到的转矩作用，轮毂测力计可以测量风电机组轮毂的受力情况。
3. 塔筒载荷指标：包括塔筒振动、塔筒转矩、塔筒测力计等。
塔筒振动可以描述风电机组塔筒在运行过程中的振动情况，塔筒转矩可以衡量塔筒受到的转矩作用，塔筒测力计可以测量风电机组塔筒的受力情况。
4. 叶片载荷指标：包括叶片振动、叶片转矩、叶片测力计等。
叶片振动可以描述风电机组叶片在运行过程中的振动情况，叶片转矩可以衡量叶片受到的转矩作用，叶片测力计可以测量风电机组叶片的受力情况。
这些指标可以通过传感器和监测装置进行监测和测量，以提前发现风电机组载荷异常和故障，并采取相应的维修和保养措施，确保风电机组的安全和可靠运行。
6 MW漂浮式风电机组极限载荷特性研究
6 MW漂浮式风电机组极限载荷特性研究张智伟;李辉;李力森【摘要】As the offshore wind farm construction from offshore to the deep sea,floating wind turbine will be the best choice. According to East China Sea environment condition and IEC standard,this article selects the Sinovel 6 MW wind turbine, researches the load characteristics in different foundation type using aerodynamic - hydrodynamic coupled time domain analysis methods. The calculated results show that blade root and hub ultimate loads are not obviously increase for floating wind turbine compared with offshore fixed wind turbine,but the increasing amplitude of tower bottom ultimate loads can achieve 30%. In normal power generation condition,blade root and hub loads are mainly controlled by wind loads,but the effects by wind loads and wave loads for tower bottom and top ultimate loads are different in different conditions.%海上风电场建设由近海走向深远海,漂浮式风电机组将会是这一区域最适合的选择.选用华锐6 MW机组,结合东海某海域环境条件和IEC规范,利用气动-水动耦合时域分析方法,对不同基础型式下的风电机组载荷特性进行研究.计算结果表明:漂浮式风电机组叶片、轮毂极限载荷与海上固定式风电机组相比没有明显增加,塔筒底部极限载荷增加幅度可达30%;在正常发电工况和极端空转工况叶片和轮毂极限载荷主要受风载荷控制,而塔筒底部和顶部极限载荷在不同工况受风载荷和波浪载荷影响效果则有不同.【期刊名称】《可再生能源》【年(卷),期】2017(035)008【总页数】7页(P1229-1235)【关键词】深远海;耦合时域分析;基础型式;极限载荷【作者】张智伟;李辉;李力森【作者单位】上海绿色环保能源有限公司,上海 200433;华锐风电科技(集团)股份有限公司,北京 100872;华锐风电科技(集团)股份有限公司,北京 100872【正文语种】中文【中图分类】O352;TK81随着水深的增加，海上风电场建设采用固定式基础经济性不再明显，漂浮式风电机组既可以降低噪声和视觉方面的要求，又可以充分利用海洋资源，是深远海风电场建设有效的解决方案。
风力发电机组 极限载荷
风力发电机组极限载荷风力发电机组是利用风能转化为电能的装置，其设计和制造必须考虑到极限载荷。
极限载荷是指风力发电机组所能承受的最大外力或压力，也是保证其安全运行的重要指标。
风力发电机组在运行过程中会受到风力的作用，风力的大小和方向直接影响到发电机组的负荷。
当风速较小时，发电机组所受的载荷较小，但随着风速的增加，载荷也会随之增加。
当风速超过发电机组的承载能力时，就会发生极限载荷的情况。
风力发电机组的极限载荷与其结构和材料的强度有关。
发电机组通常由塔筒、叶轮、发电机等部分组成，每个部分都需要经受一定的载荷才能正常运行。
因此，在设计和制造发电机组时，必须考虑到各个部分的强度和稳定性，以确保其能够承受风力的压力。
风力发电机组的极限载荷还与其安装环境和使用条件有关。
发电机组通常安装在海上或高山等风力资源丰富的地区，而这些地区的风力较强，所以发电机组需要能够承受较大的载荷。
同时，发电机组在使用过程中可能会遭受到风暴、地震等自然灾害的影响，这也需要考虑到其极限载荷。
为了确保风力发电机组在极限载荷下能够安全运行，设计和制造时需要进行严格的测试和计算。
首先，需要对发电机组的各个部分进行强度和稳定性的测试，以确定其能够承受的最大载荷。
其次，需要进行风洞试验，模拟不同风速下发电机组的受力情况，以评估其在实际工作环境中的表现。
在实际运行中，风力发电机组还需要定期进行维护和检修，以确保其在使用过程中不会超过极限载荷。
对于发现的故障和损坏，需要及时修复或更换相关部件，以保证发电机组的正常运行和安全性。
总的来说，风力发电机组的极限载荷是保证其安全运行的重要指标。
设计和制造发电机组时，需要考虑到风力的大小和方向、结构和材料的强度、安装环境和使用条件等因素，以确保发电机组能够承受风力的压力。
此外，定期的维护和检修也是保证发电机组安全运行的关键。
通过严格的测试和计算，可以确保风力发电机组在极限载荷下的正常运行，为清洁能源的开发和利用做出贡献。
风力发电机组结构动力学特性分析
风力发电机组结构动力学特性分析引言随着环保意识的增强和可再生能源的重要性日益凸显，风力发电作为一种清洁、绿色的发电方式受到了广泛关注。
而要确保风力发电机组的安全、高效运行，深入了解其结构动力学特性势在必行。
本文将针对风力发电机组的动力学特性进行分析，以期为风力发电机组的设计和运行提供一定的参考。
一、风力发电机组的结构组成风力发电机组是由风轮、机舱、塔架和基础等部分组成的。
其中，风轮是核心部件，它承载着风力的作用，将其转化为旋转能量。
机舱则包含了发电机、变速箱、控制系统等关键设备。
塔架则起到支撑风轮和机舱的作用，承担着巨大的荷载。
基础则用于稳固风力发电机组，以防止其在风力作用下倾覆。
二、风力发电机组的运行原理风力发电机组的运行原理是通过风轮叶片受到风力的作用，产生转动，驱动发电机旋转，从而产生电能。
具体而言，当风轮叶片受到风力作用时，会产生扭矩，通过转轴传递到发电机上，使其转动。
发电机转动时，通过磁场感应原理，将机械能转换为电能，并输出给电网使用。
三、风力发电机组的结构动力学特性1. 风力作用的影响风力是影响风力发电机组结构动力学特性的主要因素之一。
风力的大小和方向都会对风力发电机组产生影响。
当风速增大时，风力对风轮的作用力也会增大，从而导致风轮和整个机组产生振动。
此外，风向的变化也会带来风轮的方向改变，从而改变了机组的运行状态。
因此，在设计和运行风力发电机组时，需要充分考虑风力的影响。
2. 结构的自然频率风力发电机组的结构自然频率是指在没有外界作用下，结构自身以特定频率振动的能力。
结构自然频率取决于结构的刚度和质量分布情况。
当外界作用频率接近或等于结构的自然频率时，会导致共振现象的发生，从而对风力发电机组产生不利影响。
因此，在设计风力发电机组时需要避免共振现象的发生，提高结构的自然频率。
3. 振动与疲劳破坏风力发电机组的振动是其结构动力学特性中一个重要的方面。
振动不仅会给机组带来不稳定性，还会引发疲劳破坏。
风电机组疲劳载荷影响因素分析（三）
风电机组疲劳载荷影响因素分析（三）许移庆【摘要】Wind turbine design is mainly dominated by fatigue loads and extreme loads. Fatigue loads are especially important for some components design because of uncertainty and instability of wind turbine operation environment. Tere are many impact factors for wind turbine fatigue loads. Tis paper mostly compared two impact factors, namely diferent design operation wind speed range and diferent design turbulence intensity classes, and analyzed their efect extent for fatigue loads.%风电机组设计主要由疲劳载荷和极限载荷决定，而风电机组运行环境的不确定性和不稳定性使得疲劳载荷对一些部件的设计尤为重要。
影响疲劳载荷的因素很多，本文主要从不同设计运行风速范围和不同设计湍流强度等级两个方面进行比较，分析了两者各自对疲劳载荷影响的程度。
【期刊名称】《风能》【年(卷),期】2013(000)010【总页数】5页(P82-86)【关键词】风电机组;等效疲劳载荷;运行风速范围;湍流强度【作者】许移庆【作者单位】上海电气风电设备有限公司，上海200241【正文语种】中文【中图分类】TM614风电机组的载荷主要分疲劳载荷和极限载荷两种。
风电机组的运行环境状况比较恶劣，要使其在恶劣的环境下运行20年，须对疲劳提出较高的要求。
水平轴风力机设计载荷
水平轴风力机设计载荷1——概述1．载荷来源包括：气动载荷、重力载荷、惯性载荷（包括离心力和回转力影响）、运行载荷（源于控制动作：如制动、偏航、变桨、发电机脱网等）。
2．极限载荷极限载荷设计的载荷状况有三类，分别为：正常风况下、机组正常运行状态；正常风况下、机组故障运行状态；极端风况下、机组正常运行状态。
3．疲劳载荷风力机每转一圈都会有所损耗。
通常，风力机的设计是根据疲劳载荷，而非极限载荷。
设计的疲劳载荷谱涵盖所有运行风速范围区间风力机发电时所经受的周期载荷。
由于极限载荷的发生率很低，可以认为它对疲劳寿命的影响忽略不计。
4．载荷的部分安全系数每个部件的载荷设计需要将每个特性载荷与相应载荷系数的乘积求和。
这些系数在相应的标准中有明确规定。
5．控制与安全系统功能控制系统的运行参数主要包括：转速、功率输出、震动等级、扭缆等。
对于每一个参数，我们通常设置一个临界值，当实际参数超过临界值时，安全系统触发。
风速的波动、涡流都对设计载荷有影响，它们也是极限阵风载荷与叶片疲劳载荷的源泉。
水平轴风力机设计载荷2——极限载荷1．非运行载荷状态——机组正常状态非运行状态，指停转或空转。
此载荷状态的设计风速通常以50年阵风为基准。
而50年阵风的幅值基于所选择的阵风持续时间。
2．非运行载荷状态——机组故障状态此载荷状态通常包括如偏航或变桨动作失败。
假设此故障状态与极限风速无关，则设计风速通常选择1年阵风风速。
3．运行载荷状态——机组正常状态该载荷状态要分成若干的载荷状况考虑，阵风极限载荷、风向变化、风切影响需要轮流考虑。
4．运行载荷状态——失载当电网失效，风力机的气动转矩将与发电机的阻力转矩不匹配，转速增加直至刹车动作。
这会导致严重的转轮载荷。
5．运行载荷状态——机组故障状态此状态与极端风速无关，如控制系统故障、保护系统故障等。
6．启动和停机状态7．叶片塔筒间隙任何一种状态，都要保证叶片、塔筒不会相撞。
水平轴风力机设计载荷3——疲劳载荷疲劳载荷谱完整载荷谱的建立源于风力机在各种风速、各种周期（如起动、正常运行、紧急停机、停机或空转时）所经历的载荷谱的综合。
大型海上风力发电机组的载荷分析及载荷优化控制方法
图１ 海上风 电机组外部环境
２ 降载优化控制策略 由于海 上风 电场 面对 风 和波 浪的 双重 负荷 的考 验 ，对
ＣＩ ＩＩＮＡ Ｅｌ ＥＣ Ｉ’ＲＩＣＡＬ ｌ （ ＪＩｌ’Ｍ ＥＮ ｒ ＩＮ Ｄｔ『 ＦＲＹ
ＴＥｃ咖 ｃＡＬ ＥＸｃＨＡＮ
术交流
风力发 电机组 的支撑结构 （包含塔架 、基础和连接等 ）要 求
从图中可以看出 ，通过分段停机策略 ，可以实现降低塔
很高 ，海上气候环境恶 劣 ，天气 、海浪 、潮汐等 因素复杂多 筒底部载荷 。
变 ，风机 的安全可靠性要求 很高。另外 ，在整个风 电场 的投 ２．２ 风机软切 出
大型海上风力发电机组的 载荷分析及载荷优化控制方法
吴俊辉 刘作辉 李力森 黄强 陈明亮 常璐 （华 锐 风 电 科 技 （集 团 ）股 份 有 限 公 司 ）
摘要 ：海上风电具有风能资源丰富、发电利用小时数高、不占用土地、对生态环境影响小和适宜大规模开发等优点，同
时，海上风电面临浮冰 、台风 、烟雾等复杂的 自然务件 ，对海上风 电机组技 术要 求更 高，海上风 电场建设难度更大、成 本更高，风、波浪 、潮 汐和潮流等 自然 因素将影响风力机 的动力学特性 本 文分析 了海上风力发 电机组的载荷 来源及其 特性 ，以三 叶片水平轴大型海上风力发电机组 为研 究对象，利 用ＧＨ—ＢＬＡＤＥＤ仿真软件 对其进行全耦合仿真 ，采用 了分 段停机控制 、软切 出、塔 架加阻等控制 方法降低海上风电机组运行载荷，结果表明以上控制 方法有效降低 了机组栽荷。
近几年随着 以英 国为代表 的欧洲 国家大批海上风 电项 目
风力机叶片极限载荷评价与分析_庞晓平
…
…
…
５５
２７．０
０．６４
０
１８
第１期
庞 晓 平 ，等 ：风 力 机 叶 片 极 限 载 荷 评 价 与 分 析
７７
图２是根据表１中的数据，在 Ｂｌａｄｅｄ软件中 建立相对应的风力机叶片模型。
采用 Ｂｌａｄｅｄ软 件 对 叶 片 的 气 动 性 能 进 行 分 析，使用 Ｂｌａｄｅｄ软件自带的后处理程序对所有工 况的计算进行分析。
对 动 量 －叶 素 理 论 进 行 修 正 。 当ａ＞０．３８ 时，可采用 Ｗｉｌｓｏｎ修正法 进 ［６］ 行修正，其结果为
ｑ １－ａ
＝８Ｂπｃｒ·ＣＬｃｏｓＦφｓｉ＋ｎ２ＣφＤｓｉｎφ
→
（０．５８（１７－＋ａ０）．９２６ａ）＝８Ｂπｃｒ·ＣＬｃｏｓＦφｓｉ＋ｎ２ＣφＤｓｉｎφ。
当ａ＞０．２时，可采用 Ｇｌａｕｅｒｔ［７］修正法进行修正，其结果为
由图１可知：
烄ｓｉｎφ
＝
（１－ａ）ｖ０ ｖｒｅｌ
；
烅 烆ｃｏｓφ
＝
（１＋ａ′）ｗｒ。 ｖｒｅｌ
由 叶 素 理 论 －动 量 理 论 可 知 ：
当 应 用 普 朗 特 叶 尖 损 失 因 子 对 叶 片 数 无 穷 假 设 的 修 正 时 ，得 到 修 正 方 程 为
（４）
７６
重 庆 大 学 学 报 第３８卷
烄ｄＴ ＝４πρｖ２０ａ（１－ａ）ｒｄｒ；
烅 烆ｄＱ
＝４πρｗｖ０ａ′（１－ａ）ｒ３ｄｒ。
显示叶片截面诱导速度的速度三角形如图１所示。
（３）
图 １ 显 示 叶 片 截 面 诱 导 速 度 的 速 度 三 角 形 Ｆｉｇ．１ Ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｔｒｉａｎｇｌｅ ｏｆ ｉｎｄｕｃｅｄ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｉｎ ｔｈｅ ｂｌａｄｅ ｓｅｃｔｉｏｎ
风力发电机组的结构设计与风载荷分析
风力发电机组的结构设计与风载荷分析随着对可再生能源的重视和全球气候变化的影响，风力发电成为最具潜力和广泛应用的可再生能源之一。
风力发电机组的结构设计和风载荷分析是确保风力发电系统高效运行和安全稳定的关键因素。
本文将探讨风力发电机组的结构设计原理和风载荷分析的方法。
一、风力发电机组的结构设计原理风力发电机组的结构设计旨在提供足够的结构强度和稳定性，使风机能够承受来自风力的荷载并保持运行稳定。
以下是风力发电机组常见的结构设计原理：1. 塔架设计：塔架是支撑风力发电机组叶片和机舱的关键组件。
塔架的高度和稳定性直接影响风力发电机组的性能和寿命。
塔架通常采用钢结构设计，通过合理布置构件和增加加强材料来提高整体刚度和抗风性能。
2. 叶片设计：叶片是转化风能的关键部分。
叶片的设计旨在提高转化效率和减小风载荷。
材料的选择、叶片形状和空气动力学原理的应用是叶片设计的重要考虑因素。
现代叶片采用复合材料和独特的扭曲形状，以提高刚度和减小风阻力。
3. 发电机设计：发电机是将风能转化为电能的关键部分。
发电机的设计考虑因素包括转速、功率输出、能量转化效率和可靠性。
现代风力发电机组通常采用永磁同步发电机或感应发电机，具有高效率和可靠性。
二、风载荷分析的方法风载荷分析是对风力发电机组在风力作用下的结构响应进行评估和预测的过程。
风载荷分析方法的选择和精确度对于风力发电机组的安全和性能至关重要。
以下是常见的风载荷分析方法：1. 风场建模：风载荷分析的第一步是建立逼真的风场模型。
根据风速、风向和风场的非均匀性，利用数学建模或计算流体力学方法模拟风场的分布和变化。
高精度的风场模型可以提供准确的荷载预测。
2. 结构响应分析：结构响应分析是预测风力发电机组在风载荷作用下的变形和应力分布。
通过使用有限元方法或解析方法，将结构划分为小的单元，分析每个单元的响应并进行整体结构的耦合计算。
结构响应分析可以为结构设计和强度验证提供基础数据。
3. 极限状态分析：极限状态分析是评估风力发电机组在极端风载荷条件下是否能够保持正常运行和安全运行的分析。
作用在风力发电机组上的载荷浅析
科技资讯2015 NO.29SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION动力与电气工程35科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION 在对风力机发电机组(以下简称机组或风力机)特别是塔架的设计过程中,为了对机组塔架及其它零部件进行静力学、动力学、疲劳强度研究,保证机组在其设计寿命期内的可靠性,需要对机组在各种工况下运行时所受到的载荷进行计算研究[1]。
载荷计算是风力发电机组设计最重要的环节,决定了机组的设计质量[2-6]。
风力机运行在多种工况下,其零部件受载十分复杂,对如此具有多种受载情况的机组进行设计分析,保证结果的准确性和设计计算的高效性是工程师面对的重要问题。
1 风力发电机组受力分析风力发电机组工作时,叶片受风载作用,将风能转化为机械能,它是风力机最主要的受载零部件。
作用在叶轮上的力和力矩有风载(即空气动力,最为复杂)、惯性力和自身的结构力。
由于风力机工况复杂恶劣,风中夹杂着湍流。
阵风来袭,在不足1s内风速突变幅度可达数十m/s;当机组发生紧急故障而停车时,以上两种情况会给风力机带来非常大的瞬态载荷。
叶片随着风向的变化依靠偏航装置转动方向,又随着风速的变化依靠变桨装置改变角度,这样交变的动载荷就作用在了机组上,图1为风力机受载分析图。
图中,分别为来风作用在叶片上的顶部风速、平均风速和底部风速,为来风产生的水平空气推力,为处于旋转状态的叶片产生的扭矩,G为叶片和轮毂的重力、风力机的顶舱对机组塔架产生的弯矩。
在研究机组零部件受力时,既要计算上述风速、风向、叶片转速和桨距变化情况,又要计算剪切影响、尾流影响、塔影影响、陀螺影响。
进行静力学计算时要考虑风力机的谐振、屈曲稳定性等动力学特性。
而自上而下的垂直方向风速变化梯度、塔影影响、随机影响、阵风影响、紊流对叶片旋转圆周范围内形成的不同风速的影响也要考虑到机组的疲劳强度计算中去。
2 作用在风力发电机组上的载荷及其来源风力发电机组工作在各种工况下受载复杂,总的来说机组受力包括两部分:第一部分为周期作用力,第二部分为随机作用力。
风力发电机组偏航过载保护冗余控制方法
区域治理ON THE W AY 风力发电机组偏航过载保护冗余控制方法波洛茨克国立大学 郑洁滨摘要：通过对偏航过载保护的冗余控制，能有效躲避极端风况，待偏航系统恢复正常后可继续偏航，保证了风力发电机组的持续发电，同时在风向偏差较大时执行故障停机，以保证风力发电机组的安全性。
经过风场验证，偏航过载冗余控制方法能够有效保护偏航设备，减少了故障停机次数，提高发电收益并减少了运维成本。
本文首先阐述了风电机组的偏航控制方式，接着分析了风力发电机组偏航控制策略，最后对偏航过载原因及过载保护冗余控制方法进行了探讨。
关键词：风力发电机组；偏航电机；冗余控制中图分类号：TM315 文献标识码：A 文章编号：2096-4595（2020）37-0247-0001一、风电机组的偏航控制方式（一）被动对风偏航控制（1）尾舵调向偏航控制装置。
这种偏航方式它的调向装置是尾舵，因此属于被动对风偏航，方向舵随风摆动，所以风力涡轮机的迎风侧总是面对进入气流的方向。
（2）侧风轮调向装置。
主要调节方式是通过风轮带动，在机舱一侧安装1-2个。
主要运作方式是风扇垂直于风轮的主轴，由风带动侧风轮当风向与主风轮发生偏移时，发动机室由蜗杆齿轮机构带动，等到风向垂直于侧风轴才停止。
该偏航装置提出了新的要求，要求侧风力涡轮机叶片必须驱动机舱沿着正常方向旋转。
该装置分为上风和下风发电机组组成。
扭矩带动机舱和塔架连接。
它的主要缺点是因为机舱的偏航力矩不产生力矩振动从而导致当风轮的转速较高时，载荷由于回转力矩而增加。
（二）主动对风偏航控制的探讨主动偏航控制又被称为自动偏航，主动偏航控制是利用了风向传感器以及外部风速，进而对风速和风向信号来收集起来，随后来计算两者间的偏差角的数值，然后按照二者所需要的液压或者是电气达到传递偏转角和方向的目的。
此方法更适用于大型兆瓦级的风力涡轮机，主动（电动）偏航系统主要分为风向标、偏航行星齿轮减速器、偏航计数器、偏航电机以及扭缆报警的装置等等。
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风力发电机组极限载荷
1. 引言
风力发电机组是一种利用风能转化为电能的设备，由风轮、转轴、发电机、控制系统等组成。
在运行过程中，风力发电机组需要承受各种外部力的作用，其中极限载荷是指在特定条件下，风力发电机组所能承受的最大力。
本文将深入探讨风力发电机组极限载荷的相关内容，包括定义、影响因素、测试方法以及应用。
2. 极限载荷的定义
极限载荷是指在特定条件下，风力发电机组所能承受的最大力。
这个力可能是来自风的冲击、地震、雷击等外部因素，也可能是由于机械故障、材料疲劳等内部因素引起的。
风力发电机组的极限载荷需要满足相关国际标准和规范的要求，以确保其安全可靠地运行。
3. 影响因素
风力发电机组的极限载荷受多种因素影响，主要包括以下几个方面：
3.1 风速
风速是影响风力发电机组极限载荷的重要因素之一。
当风速超过一定阈值时，风力对风轮的冲击力将增大，进而对整个机组产生较大的载荷。
3.2 风向
风向也是影响风力发电机组极限载荷的因素之一。
当风向发生变化时，风力对风轮的作用力也会发生变化，从而对机组产生不同的载荷。
3.3 地震
地震是一种可能对风力发电机组产生较大载荷的自然灾害。
地震引起的地面震动会传导到机组上，对其结构和材料产生影响，从而使机组承受更大的载荷。
3.4 机械故障
机械故障是导致风力发电机组承受极限载荷的内部因素之一。
例如，风轮叶片断裂、转轴断裂等故障都会导致机组承受较大的载荷。
4. 测试方法
为了确保风力发电机组的安全可靠运行，需要对其极限载荷进行测试。
常用的测试方法主要包括以下几种：
4.1 静态测试
静态测试是通过施加静态载荷来测试风力发电机组的极限载荷。
这种测试方法主要用于检测机组在静止状态下的承载能力。
4.2 动态测试
动态测试是通过模拟风力对风力发电机组的作用来测试其极限载荷。
这种测试方法可以模拟不同风速、风向和风力的情况，对机组进行全面的载荷测试。
4.3 模拟测试
模拟测试是通过计算机模拟的方法来测试风力发电机组的极限载荷。
这种测试方法可以准确地模拟不同外部因素对机组的影响，对机组进行精确的载荷分析。
5. 应用
风力发电机组的极限载荷在设计、制造和运营过程中都有重要的应用价值。
在设计阶段，了解风力发电机组的极限载荷可以帮助工程师确定机组的结构和材料，以满足安全可靠的要求。
在制造阶段，对风力发电机组的极限载荷进行测试可以确保其质量和性能符合设计要求。
在运营阶段，定期监测风力发电机组的载荷情况可以及时发现潜在的故障和问题，保证机组的正常运行。
6. 结论
风力发电机组的极限载荷是指在特定条件下，机组所能承受的最大力。
风速、风向、地震和机械故障等因素都会对机组的极限载荷产生影响。
为了确保机组的安全可靠运行，需要对其极限载荷进行测试，并在设计、制造和运营过程中加以应用。
通过深入了解和研究风力发电机组极限载荷的相关内容，可以为风力发电行业的发展和应用提供有力的支持。