【风力发电技术】_海上风电培训5海上风机的载荷
【风力发电技术】_海上风电培训7海上风机运行和维护
Some key questions facing the industry...
银行和业主： •
Banks and Owners:
•担保期故障的概率 Probability of warranty failure ?
在担保期之后风电场的可利用率 •
Wind farm availability after warranty period ?
From manual restarts to major component change-out
• 备件管理 Spares management
Job number/BT/ serial number/ page number
进入方法（1）
Access methods (1)
Job number/BT/ serial number/ page number
• 团队练习
Team exercise
• 大体趋势，总结
General trends, summing up
Job number/BT/ serial number/ page number
海上风机运行和维护综述（1）
Offshore O&M overview (1)
•至今运行和维护的经验
O&M Experience to date….
•高成本（与预期相比）
Higher costs (than anticipated)
Job number/BT/ serial number/ page number
海上
Offshore
?
?
海上风机运行和维护综述（2）
Offshore O&M overview (2)
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 极限载荷
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。
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随着科技的发展和能源消耗的增加，绿色能源成为人们关注的焦点，风能作为一种清洁可再生的能源，成为大家重视的对象。
风能发电是一种将能量转变为有用能源的方法，但目前由于技术问题，这种发电并不能实现稳定的电力供应，因此缩小采用风能发电的问题成为当前的重要任务。
漂浮式风电机组是目前发展最快的风电装置之一，它以海洋环境为特点，具有无基础架设、抗风波载荷能力强等特点。
由于海洋环境对漂浮式风电机组的风波载荷有巨大影响，因此精确的计算和分析海上漂浮式风电机组的风波载荷是今后研究中必须解决的问题。
首先，应该正确理解海洋环境中的风波载荷。
它是由水的风压应力和浪的动压应力共同作用的结果，其中主要有风压水平力和风压立体力、浪压水平力和浪压立体力四大类载荷。
其次，应该采用合理的工程计算方法，建立适应漂浮式风电机组特征的计算模型，分析载荷的水平分布及超载程度，计算漂浮式风电机组的极限力和装置的稳定性，并进行性能分析以判断风速的变化对系统的影响。
最后，应该建立计算机数值模拟软件，进行风波载荷的实时监测，以改善漂浮式风电机组的可靠性及系统性能。
此外，要准确掌握海上漂浮式风电机组的风波载荷，也可以考虑采用船舶标准载荷进行分析，并借助相关技术进行风波动力学模拟，通过计算风力载荷对漂浮式风电机组的影响，提出设计优化方案，提高装置的稳定性和可靠性。
因此，准确计算和分析海上漂浮式风电机组的风波载荷，不仅有利于改善发电装置的稳定性，而且还推动了风能发电的发展，受到了广泛的关注。
未来，将继续在此方面进行深入研究，尽快把风能发电运用到大范围，实现绿色能源的发展。
总之，通过正确理解海洋环境中的风波载荷，采用合理的工程计算方法，建立适应海上漂浮式风电机组特征的计算模型，分析载荷的水平分布及超载程度，计算漂浮式风电机组的极限力和装置的稳定性，建立计算机数值模拟软件，进行风波载荷的实时监测，通过船舶标准载荷进行分析，进行风波动力学模拟，可以准确掌握海上漂浮式风电机组的风波载荷，改善发电装置的稳定性，促进风能发电的发展。
风电常识：浅谈海上风力发电技术及应用---(技能篇)
浅谈海上风力发电技术及应用摘要风力发电是将风能转换成电能，风能推动叶轮旋转，叶轮带动转动轴和增速机，增速机带动发电机，而发电机通过输电电缆将电能输送电力控制系统和负荷。
风力发电技术是一项多学科的，可持续发展的，绿色环保的综合技术。
本文以渤海油田海上风力发电示范项目为例浅谈一下风力发电的海上应用技术。
关键词：风力发电、风电机组、变速1 引言风力发电是世界上发展最快的绿色能源技术，在陆地风电场建设快速发展的同时，人们已经注意到陆地风能利用所受到的一些限制，如占地面积大、噪声污染等问题。
由于海上丰富的风能资源和当今技术的可行性，海洋将成为一个迅速发展的风电市场。
海上风电场的开发主要集中在欧美地区，其发展大致可分为5个不同时期：①1977～1988年，欧洲对国家级海上风电场的资源和技术进行研究；②1990～1998年，进行欧洲级海上风电场研究，并开始实施第1批示范计划；③1991～1998年，开发中型海上风电场；④1999～2005年，开发大型海上风电场和研制大型风力机；⑤2005年以后，开发大型风力机海上风电场。
在风力发电向海上发展的同时，中国海油也将战略目标定位为“在2008年建成具有国际竞争力的综合型能源公司”，并将“新能源、可替代能源、可再生能源领域的探索取得实质性进展”写入“十一五”规划目标中。
海上平台的主要电源均来自发电机发电，如果充分利用海上风力丰富的优势，将风力发电作为发电机的补偿电源，这将会大大节省发电成本。
风电的投入可节省柴油或者天然气用量，节约能源，是解决海上平台后期缺少燃料供应问题的一种尝试。
因此大规模风力发电场的开发建设，将是在新能源领域里的投资重点。
2 海上风环境一般说来海上年平均风速明显大于陆地，研究表明，离岸10km的海上风速比岸上高25%以上。
以渤海为例，渤海是我国的内海，海域面积约1.5*104KM2。
平均最大风速可达到23.3m/s.根据测风塔43.6M高度资料分析，渤海2月、5~8月风速较小，10~4月风速较大，冬季发电比较理想。
海上风力机流体载荷研究
一、数值模拟
1、计算流体动力学 （Computational Fluid Dynamics, C
CFD是一种通过计算机模型对流体动力学行为进行模拟的方法。通过CFD，我 们可以预测OWTS在各种风速、风向和海况条件下的流体动力性能，包括升力系数、 阻力系数、扭矩等。此外，CFD还可以模拟流场的详细信息，例如速度场、压力 场等。
在海上风力机流体载荷研究方面，由于海洋环境的复杂性和特殊性，其研究 难度较大。已有的研究主要集中在数值模拟和实验研究两个方面。数值模拟方法 主要包括CFD（计算流体动力学）和风洞实验等，实验研究方法主要包括模型实 验和现场实验等。
尽管在陆上风力机流体载荷研究方面已取得了一定的成果，但由于海洋环境 的复杂性和特殊性，海上风力机流体载荷研究仍面临很多挑战。首先，海洋环境 中的风、浪、流等自然条件复杂多变，对海上风力机的性能和可靠性产生了重要 影响。
此外，还可以进一步开展数值模拟方法研究，建立更精细的基础结构模型， 以更准确地预测其在复杂海洋环境下的性能。在优化设计方面，可以运用先进的 设计算法和软件工具，以提高设计效率并实现更高性能的基础结构设计。
总之，海上风力机基础结构设计选型是一个充满挑战与机遇的研究领域。通 过不断深入研究和完善优化设计方案，有望为海上风力发电技术的发展提供重要 支持。
性的关键因素之一。因此，对海上风力机流体载荷进行研究，对于提高海上 风力机的性能和可靠性具有重要意义。
二、文献综述
在陆上风力机流体载荷研究方面，已有大量的文献报道。陆上风力机在运行 过程中，受到的气动载荷和结构载荷主要包括风载、冰载、地震载荷等。其中， 风载是主要载荷之一，其数值大小和作用方向取决于风速、风向和风力机的空气 动力学特性。
海上风力机流体载荷研究
海洋浮式风机的风载荷加载实验设备及使用方法的生产技术
本技术公开了一种海洋浮式风机的风载荷加载实验装置及使用方法，包括风载荷加载装置，其一端连接运动控制装置，另一端固定，风载荷加载装置包括两段对称分布的横向加载杆，横向加载杆上均套有弹簧，两段横向加载杆之间固定有塔柱，塔柱的顶部设有位移测量装置，弹簧的一端与塔柱固定，另一端固定有滑轨架，避免约束风机的垂荡和纵摇。
本技术通过摄像机捕捉位移监测球的运动曲线，并通过工控机输入电脑，结合风谱图，利用预测函数控制算法和动量—叶素理论对下一时刻左侧滑轨架的位置进行预测，然后将信号传输到控制模块，进而控制滑块的移动，有效模拟风浪流中海洋浮式风机工作时叶片风载荷的加载，实验数据可作为海洋浮式风机受力分析的支撑数据。
权利要求书1.一种海洋浮式风机的风载荷加载实验装置，其特征在于，包括风载荷加载装置，所述风载荷加载装置的一端连接运动控制装置，另一端固定；风载荷加载装置包括两段对称分布的横向加载杆(6)，所述的横向加载杆(6)上均套有弹簧(7)，两段横向加载杆(6)之间固定有塔柱(11)，所述弹簧(7)的一端与塔柱(11)固定，另一端固定有滑轨架(5)，所述塔柱(11)的顶部设有位移测量装置。
2.根据权利要求1所述的一种海洋浮式风机的风载荷加载实验装置，其特征在于，所述的滑轨架(5)包括两根对立分布的竖直滑轨(5-2)，所述滑轨(5-2)的两端均通过连杆(5-3)固连，滑轨(5-2)内侧的中央位置设有滑块(5-1)，滑块(5-1)之间固定有弹簧(7)。
3.根据权利要求1所述的一种海洋浮式风机的风载荷加载实验装置，其特征在于，所述的运动控制装置包括控制模块(1)、丝杆(2)与滑块(3)，所述的控制模块(1)通过电机(14)与丝杆(2)连接，所述的丝杆(2)上设有滑块(3)，所述滑块(3)的底部通过连接杆(4)与风载荷加载装置一侧的滑轨架(5)连接，所述的丝杆(2)与横向加载杆(6)平行。
4.根据权利要求1所述的一种海洋浮式风机的风载荷加载实验装置，其特征在于，所述的位移测量装置包括摄像机(9)与位移监测球(8)，所述的位移监测球(8)位于塔柱(11)的顶部，所述的摄像机(9)通过工控机(16)连接电脑(12)，电脑(12)与控制模块(1)连接。
海上风力发电的关键技术
海上风力发电的关键技术１、概述随着海上风电场建设的推进，一些关键技术左右了海上风电场建设的施工周期，掌握了这些关键技术，就能够高质量地完成海上风电场的建设。
海上风电涉及诸多关键技术，以及开发运营、环境和市场潜力。
海上风能项目评估，涉及环境评估、风能评估等。
２、关键技术（1）基础结构由于风电机组的基础往往会承受水动力、空气动力双重载荷作用，因此，需要综合考虑风及波浪载荷、支撑结构和风电机组机头的动力学特性以及风电机组控制系统的响应等因素。
海上风电机组的安装与维护成本远远高于陆上风电机组，这就对其可靠性提出了较高的要求。
风电机组的基础是决定风电机组可靠性的重要因素之一，基础是否稳定对于海上风电机组而言起着至关重要的作用。
常用的基础形式有：①单桩固定式基础；②三脚架固定式基础；③重力固定式基础；④漂浮式基础等。
其中，漂浮式海上风电机组依赖漂浮式基础，由于能够较大程度地利用深海的风能资源，成为深海风能利用的主要方式，目前已有多个国家建立或者正在规划建设漂浮式海上风电场。
相对固定式风电机组，漂浮式风电机组增加了浮式基础和锚泊系统，其外界载荷条件比固定式风电机组复杂，除了受通常的风浪载荷以外，还因漂浮式风电机组本身由于基础漂浮不固定，其漂浮特性对风电机组发电性能也有较大影响，需要考虑漂浮特性对风电机组的影响，如低频响下的漂浮式风电机组塔架的动态响应，漂浮式风电机组叶片和塔架的长周期极限载荷，漂浮式基础的波浪载荷计算和锚泊系统建模，并通过建立漂浮式风电机组的性能分析模型，研究漂浮特性对风电机组发电性能的影响。
分析结果表明，漂浮特性对风电机组的发电性能影响较大，需要针对漂浮式风电机组进行改进设计。
下表所示为某５ＭＷ漂浮式变速恒频风电机组主要技术参数。
５ＭＷ漂浮式变速恒频风电机组主要技术参数（2）场址选择场址选择需要综合考虑多种因素，如：①风资源情况；②项目建设许可；③获得的场址海域使用权；④附近电网基本情况，包括陆地变电站位置、电压等级、可接入的最大容量以及电网规划等；⑤场址基本情况，包括范围、水深、风能资源以及海底地质条件；⑥环境制约，包括当地旅游业、水中生物、鸟类、航道、渔业和海防等负面影响等。
海上风机载荷分析
目录
1. 规范和标准 2. 海洋工程环境载荷 3. 海洋工程钢结构设计 4. 固定式平台设计要点
规范和标准
1. 国家法律法规的要求 《海上固定平台安全规则》 —国家经贸委
2. 行业标准 API RP 2A-WSD（美国石油协会）《海上固定平台规划、 设计和建造的推荐做法》，21版 AISC（美国钢结构协会规范） — Allowable Stress Design 9th
6.地震载荷
1. 强度水平
结构具有足够强度和刚度，在地震力作 用下结构不发生损坏； 2. 韧性水平 平台具有足够的储备能力，在2倍地震力 作用下，结构损伤可能发生，但平台不 会坍塌。
海洋工程钢结构设计
海洋工程钢结构设计-WSD
1. 圆管构件的强度 2. 管节点的强度 3. 疲劳强度 4. 桩的强度
（5）SCF-Efthymiou方法
3. 疲劳强度 （6）焊接控制：
3. 疲劳强度 （7）安全系数-L1类型
3. 疲劳强度
（8）谱分析流程：
管节点的频率传递函数RAO； 利用波浪谱计算响应谱； 应力幅的分布概率计算； 损伤累加； 利用工作海域的波浪散布图，累加总损伤； 得到疲劳寿命。
基底剪力谱的零阶矩；
短期海浪谱采用P-M谱。
2.波浪载荷
时域分析方法
2.波浪载荷
3.风载荷
风力的计算公式
遮蔽效应的考虑
4.流载荷
流载荷的计算与波浪力相似，利用Morison公式 计算流的拖曳力
A. 流的分布 B. 流的涡激振动
5.冰载荷
冰载荷的计算可参照API RP-2N 《冰环境条 件下海上固定结构规划、设计和建造的推荐作 法》。
1. 圆管构件的容许应力 （7）圆锥过渡： 对于无加筋圆锥-圆柱连接： 环向应力：
海上风机规范风浪荷载计算方法对比分析
第 39 卷第 5 期2023 年10 月结构工程师Structural Engineers Vol. 39 ， No. 5Oct. 2023海上风机规范风浪荷载计算方法对比分析李公豪1，2袁周驰1，2，*梁发云1，2（1.同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室，上海 200092； 2.同济大学土木工程学院，上海 200092）摘要相比陆上风机，海上风机承受的环境荷载要更加复杂，合理地评估环境荷载对海上风机的设计与安全运行至关重要。
国内外海上风机规范关于风浪荷载计算的思路大致相同，但在计算参数选取等方面有所不同，可能会使得风浪荷载的计算结果存在差异，有必要针对风机规范的风浪荷载计算方法开展对比分析，探究不同方法对风浪荷载计算的影响。
选取最新的规范，包括中国船级社CCS规范、挪威船级社DNV GL规范及国际电工委员会的IEC规范，对比了三者的风荷载和波浪荷载计算差异。
结合典型算例开展了对比分析，计算结果表明，相较于DNV GL规范，根据CCS与IEC规范得出的风荷载值更大。
并且对风湍流的考虑更保守；对于粗糙构件，DNV GL规范的波浪荷载峰值比CCS大了4%~14%。
根据上述分析结果，针对风浪荷载计算方法的选择和参数选取提出了一些建议，可供海上风机设计时参考。
关键词海上风机，风荷载，波浪荷载，风机规范，对比分析Comparison and Analysis of Wind and Wave Load Calculation Methods in Offshore Wind Turbine SpecificationsLI Gonghao1，2YUAN Zhouchi1，2，*LIANG Fayun1，2（1.Key Laboratory of Geotechnical and Underground Engineering of Ministry of Education，Tongji University， Shanghai 200092， China； 2.College of Civil Engineering，Tongji University， Shanghai 200092， China）Abstract Offshore wind turbines bear more complex environmental loads than onshore wind turbines. It is essential for the design and safety operation of offshore wind turbines to reasonably assessment environmental loads. The method of wind and wave load calculation in offshore wind turbine specifications are roughly same，but there are differences in the selection of calculation parameters， which may make the calculation results of wind and wave load different. It is necessary to carry out comparative analysis on the calculation methods of wind and wave load in wind turbine specifications to explore the influence of different methods on the calculation of wind and wave load. This paper selects the latest specifications， including CCS specification，DNV GL specification and IEC specification to compare the differences of wind load and wave load calculation. Combined with typical examples， the comparative analysis is carried out. The results show that the maximum wind load of CCS and IEC is larger than that of DNV GL， and the consideration of wind turbulence is more conservative. For rough components， the peak wave load of DNV GL specification is about 4 %~14 % larger than that of CCS. According to the above analysis results， some suggestions are put forward for the selection of wind and wave load calculation methods and parameter selection of offshore wind turbines， which can be used for reference in the design of offshore wind turbines.Keywords offshore wind turbine， wind load， wave load， wind turbine specification， comparative analysis收稿日期：2022-10-25基金项目：国家自然科学基金面上项目（52178346）作者简介：李公豪，男，硕士研究生，研究方向为海上风电基础。
风力发电机组的功率控制及载荷分析
风力发电机组的功率控制及载荷分析风力发电机组的功率控制及载荷分析引言：风力发电作为清洁能源的重要组成部分，已经在全球范围内得到了广泛应用。
风力发电机组的功率控制和载荷分析，对于提高风力发电的效率、可靠性和经济性具有重要意义。
本文将对风力发电机组的功率控制方法以及载荷分析进行详细阐述，并探讨其对风力发电产业的影响。
一、风力发电机组的功率控制1.1 无功功率控制无功功率是风力发电机组运行中的重要参数之一。
通过控制电网侧的无功功率，可以提高风力发电机组的功率因数，减少无功功率对电网的影响。
常用的控制方法包括无功功率优化控制和无功功率调频控制。
无功功率优化控制是根据电网的无功功率需求，通过调整风力发电机组的输出功率来实现。
该方法能够提高风力发电机组的功率因数，降低无功功率损耗，同时满足电网对无功功率的要求。
无功功率调频控制是根据风力发电机组的转速、电网频率和负荷需求等参数进行调控。
通过调节风力发电机组的桨叶角度、变桨速度等，控制风力发电机组的功率输出，实现电网对无功功率的要求。
1.2 有功功率控制有功功率控制主要是根据电网的需求，控制风力发电机组的输出功率。
常用的控制方法包括协调控制、最大功率跟踪控制和限功率控制。
协调控制是根据电网的负荷需求和电力系统的稳定性要求，通过调节风力发电机组的转速、桨叶角度和发电机的励磁电流等参数，实现风力发电机组的有功功率控制。
最大功率跟踪控制是指通过调节风力发电机组的桨叶角度，使得风力发电机组的输出功率达到最大值。
该控制方法能够提高风力发电机组的利用率，提高发电效率。
限功率控制是为了保护风力发电机组的安全运行，避免过载等问题。
通过提前设置风力发电机组的最大功率输出值，当风力发电机组的输出功率达到设定值时，控制系统会自动减小风力发电机组的输出功率。
二、风力发电机组的载荷分析2.1 风力负荷分析风力负荷是指风力发电机组在风力作用下承受的载荷，主要包括风载荷和惯性载荷。
风载荷是由于风力的作用而导致的，其大小和方向主要受到风速、风向等因素的影响。
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。
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
海上风力发电机组载荷设计工况研究及对比分析
海上风力发电机组载荷设计工况研究及对比分析作者：廖丹来源：《科技视界》2017年第08期【摘要】基于海上风电机组，本文主要分析介绍了海上和陆地风力发电机组工况上的区别，并依据海上风力发电机组的设计工况和模型分析方法，用Bladed软件进行海上风电机组的载荷计算，并与相应的陆上机组载荷进行了简单对比。
【关键词】海上风电机组；海上机组设计工况；载荷计算0 概述海上风力发电机组开发时，前期主要针对海上风资源研究（基本原理，风数据/坐标数据获取，模型方法，发电量，损失因素和不确定因素，预测），最重要的是对海上风载和浪载（载荷来源，工况与模型，浪载（疲劳和极限载荷）的分析和评估，之后再利用Bladed软件进行风波联合载荷等海上风电特殊载荷的计算。
1 陆上风力发电机组设计载荷工况[1]陆上风力发电机组设计载荷工况包含以下八大类工况（DLC）：（1）发电工况（1.1～1.9）：风机模型应考虑风轮不平衡、风轮制造所规定的最大质量和气动不平衡限制、最佳运行工况实际同理论的偏差。
在计算中应假设各种情况的最不利组合，如风向改变与典型偏航角度误差组合与电气接头损坏组合，应包含由大气湍流引起的载荷要求。
1.3和1.6～1.9规定了作为风力发电机组寿命评定的可能临界事件的瞬态情况。
在DLC1.4和1.5中，考虑了由于外部故障和电气接头损坏引起的瞬变事件。
（2）发电和产生故障（2.1～2.3）：假设控制和保护系统的任何故障，或电气系统的内部故障（如发电机短路）在发电期间发生。
其中2.1，控制系统故障属正常事件。
2.2，保护系统或内部电气系统故障为罕见事件。
如果某一故障没引起立刻停机，随后的载荷可导致结构产生明显疲劳损伤，则应在2.3中定义这种工况持续的时间。
（3）启动（3.l～3.3）：包括从静止或空转状态到发电这一过渡期间产生载荷的所有事件。
（4）正常关机（4.1～4.2）：包括从发电到静止或空转状态的正常过渡期间产生载荷的事件。
风力发电机组载荷控制探讨
风力发电机组载荷控制探讨1海上风电机组的基本控制策略变速变桨控制是目前主流风电机组的基本控制策略，主要分为额定功率以上控制和额定功率以下控制。
额定功率以上控制主要通过变桨控制来调节转速，保证电功率的稳定输出；额定功率以下控制主要通过转矩控制来调节转速，使机组输出功率最大化。
图2为机组的基本控制框图。
通过测量的发电机转速，变桨控制器计算得到机组的变桨角度给定，转矩控制器计算得到机组的发电机转矩给定，偏航控制系统负责机组对风。
机组运行在变速区间时，变频器将给定转矩作用在发电机气隙转矩。
转矩控制器一般具有较高的带宽，给定转矩可以很快地改变发电机的气隙转矩。
低风速区，转速被控制在一定范围内，通过一定算法给定发电机转矩使吸收功率最大化。
中间风速区，机组达到额定转速，利用增量式PI控制器来计算发电机转矩稳定转速。
此外，通过传动链加阻控制算法在发电机转矩给定上加一个较小的波动来增加传动链的阻尼高风速区，转矩达到额定值，利用变桨控制来调节转速。
变桨控制器一般也采用增量式PI控制器。
由于变桨角度越大，机组气动转矩的灵敏度越大，PI控制器增益通过叶片的气动特性进行设计。
额定功率以下保证最佳桨距角，同时保证转矩控制与变桨控制的解耦。
2海上风电机组的载荷分析及其仿真2、1空气动力载荷由于海面粗糙度比地面粗糙度要低，海上风机具有更低的湍流和更低的风剪切，这将一定程度上降低机组的载荷。
但是海上风特性具有更高的年平均风速，又将加大机组的载荷。
海上机组的空气动力载荷具有特殊性。
塔架所受载荷是海上机组区别于陆上机组的最主要载荷。
塔架总载荷主要包括塔架顶部载荷、塔架风载载荷和海波载荷。
Fr表示风轮载荷，Fa表示塔架的风载载荷。
2、2海波载荷当水流通过塔架支撑结构时，其相互作用就产生了流体载荷。
主要的流体载荷由波浪和海流产生，有时也包括因潮汐带来的海平面波动产生的流体载荷。
Fc表示海流载荷，Fw表示波浪载荷。
3海上风电机组载荷控制的几种方法及其仿真风电机组控制系统在高风速时进行功率调节，低风速时进行最优控制。
海上风机载荷分析
海洋工程环境载荷
载荷分类
固定载荷 活载荷 环境载荷 动力载荷 施工载荷
固定载荷
固定载荷包括平台结构的重量和不会变化的任何 永久设备和附属结构的重量。固定荷载应包括下 列各项： 1.平台结构重量，包括桩、水泥浆和压载重量； 2.永久设备和附属结构重量； 3.水面以下结构的静水力，包括外压力和浮力。
2. 地震强度分析
组合分析 将上述静力分析与地震作用分析进行
组合，同时作用于平台结构上，对平台进 行结构响应分析。
3. 疲劳强度分析
桩基线性化 由桩土作用分析模块迭代计算完成桩
基础的线性化，海况条件为 “损伤中心” 海况条件；
模态分析 计算平台自由振动，得到平台的动力
特性，包括质量、振型、固有振动频率和 周期。
1. 静力分析
平台DAF计算
DAFspec
M 0 (dynamic) M 0 (static)
其中，M0(dynamic) 为动态基底剪力谱的零
阶矩；
M 0 (static) 为静态基底剪力谱的零 阶矩；短期海浪谱采用P-M谱
1. 静力分析
（3）波浪惯性力 惯性力
Fi
(inplace)
FID
3. 疲劳强度分析
（1）重要管节点的疲劳寿命 （2）构件变截面处的疲劳寿命
材料与焊接
防腐－涂装 导管架防腐主要是油漆(coating)、 牺牲阳极(sacrificial anode)和外加 电 流 阴 极 (impressed current cathodic protection)保护。油漆保 护应用于抗冰区、飞溅区和大气区， 阳极和阴极保护应用于水下结构。
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。
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海上漂浮式风电机组在近几年迅速发展，其结构与传统的岸上安装式风电机组相比有着明显的优势，如浮动方式减少风力变化的影响，资源利用率较高等。
然而，随着浮动体的纵向摆动，不仅影响风电机组的安全运行，还会损坏机组结构和电气元件，因此研究者越来越关注海上漂浮式风电机组的风浪载荷特性。
本文旨在用一种新颖的算法计算和分析海上漂浮式风电机组的风波载荷特性，研究其在不同情况下的可靠性和稳定性。
首先，采用CFD（计算流体力学）分析技术研究风电机组结构的受风荷载，对风浪的影响进行模拟。
其次，采用有限元分析技术，模拟风电机组的整体受风荷载，分析支撑结构的稳定性，以及在不同的运行情况下的受力变化。
最后，建立受压结构的稳定性数学模型，计算在不同类型和强度的风波条件下，海上漂浮式风电机组的安全运行范围，分析载荷特性。
本文采用了多种不同的研究方法，以得出有效的结果。
首先，使用CFD技术对风电机组结构的受力特性进行模拟，探究风浪的影响。
其次，利用有限元分析技术，对支撑结构的稳定性和受力变化进行模拟，并建立了受力稳定性数学模型。
最后，采用模型，研究在不同类型和强度的风波条件下，海上漂浮式风电机组的受风荷载特性。
结果表明，风电机组结构在受风荷载下的变形量与支撑结构的强度有关，而且海上漂浮式风电机组特别容易受到风浪的影响，它的受力性能与海浪的强度呈正相关。
另外，在不同的风浪和风速条件下，漂浮式风电机组的安全运行范围也不同，因此，为保证风电机组的安全运行，应根据风浪的强度和风速的变化情况进行合理的设计。
本文的研究结果可以为海上漂浮式风电机组的设计和安全运行提供参考，并且为未来更加准确地计算和分析风电机组风波载荷特性提供了有价值的参考。
综上所述，通过本文的研究，已经取得了一定的进步，可以更准确地计算和分析海上漂浮式风电机组的风波载荷特性，为其设计提供合理的参考，提高其安全性和可靠性。
大型海上风力发电机组的载荷分析及载荷优化控制方法研究 朱鑫
大型海上风力发电机组的载荷分析及载荷优化控制方法研究朱鑫发表时间：2019-11-21T11:09:46.283Z 来源：《电力设备》2019年第14期作者：朱鑫[导读] 摘要：本文首先从风动载荷与波浪载荷两种典型载荷类型的角度入手，对大型海上风力发电机组的载荷表现进行了分析；其后，围绕风机软切出、分段停机、塔架加阻三个方面，提出了大型海上风力发电机组的载荷优化控制方法。
（江苏金风科技有限公司江苏盐城 224100）摘要：本文首先从风动载荷与波浪载荷两种典型载荷类型的角度入手，对大型海上风力发电机组的载荷表现进行了分析；其后，围绕风机软切出、分段停机、塔架加阻三个方面，提出了大型海上风力发电机组的载荷优化控制方法。
关键词：海上风力发电机组；安全运行质量；载荷控制前言：近几年来，基于陆上风能资源风速弱、风量小、稳定性差等负面特点，我国风力发电行业逐渐将发展眼光落到了海洋领域当中。
与陆地环境相比，海洋环境中的自然风储量明显丰富，且质量稳定，具有良好的电能资源转化前景。
1.大型海上风力发电机组的载荷分析在实际的运行过程中，受到所处海洋环境的影响差异，海上风力发电机组会承载不同的负荷类型，与之相关的载荷结构设计方式也势必存在差异。
现阶段，大型海上风力发电机组主要涉及的负荷来源主要有风动、波浪、水流及其结构重力四类，其中又以风动载荷和波浪载荷的影响最大。
同时，基于运行环境的特殊性，大型海上风力发电机组的载荷状态具有较强的随机性和波动性特点，对相关人员在相关设计及应用中的安全控制提出了很高要求。
据此，为了进一步保证海上风电机组的安全运行质量，我们有必要对不同环境、不同来源下的风电机组载荷情况作出分析：结论：综上所述，海上风力发电机组在载荷方面具有负荷来源多、影响范围大等特点，对相关人员的载荷控制工作提出了挑战。
据此，通过对海洋环境中各影响因素进行科学分析，实施出分段停机、塔架加阻等手段措施，能有效降低单位时间内波浪、海风等对风力发电机组的载荷影响，保证风力发电机组的安全运行。
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建模条件
Modelling requirements
• 特定设计情况包括：装配，安装，维修和运行方 式）和适当的外部条件的组合确定了载荷工况
Load cases are determined from the combination of specific design situations (assembly, erection, maintenance and operational modes) with appropriate external conditions
海上风机载荷和其他海上建筑有何不同？
How does offshore turbine loading differ from other offshore structures?
• 更大的风载贡献
Greater loading contribution from wind
• 更多的动态响应
More dynamic response
• 不是一次性的
Not ‘onign situations & load cases
• 出于设计目的，一个海上风机的寿命可由一组涵盖 风机可能经历的所有重要的设计情况来描述的
For design purposes, the life of an offshore wind turbine can be represented by a set of design situations covering the most significant conditions which the offshore wind turbine may experience
• DNV-OS-J101, 海上风机结构设计, 2004.
DNV-OS-J101, Design of offshore wind turbine structures, 2004.
• ISO 19900-19909,正在发展中–海上风机结构
ISO 19900-19909, Offshore Structures - under development
• 流体动力载荷
Hydrodynamic loads
• 海冰载荷
Sea ice loads
• 船舶冲击载荷
Boat impact loads
海上和岸上载荷环境不同？
How does the offshore loading environment differ from onshore?
• 风特性不同 Wind properties are different:
正常外部条件
Normal external conditions
极限外部条件
Extreme external conditions
适当的外部条件
Appropriate external conditions
适当的外部条件
Appropriate external conditions
载荷工况的标准
Load cases are specified by standards:
正常设计情况
Normal design situations
正常设计情况
Normal design situations
故障设计情况
Fault design situations
运输、安装及维护设计情况
Transportation, installation & maintenance design situations
疲劳载荷 －
Fatigue loading
载荷工况分组和尾流效应 •
Lumping of load cases & wake effects
极限载荷 －
Extreme loading
合适的波浪模型 •
Appropriate wave models
风和波浪载荷的综合模型 －
Integrated modelling of wind & wave loads
载荷来源和载荷工况
Sources of loading & load cases
载荷来源
Sources of loading
• 惯性和重力载荷
Inertial & gravitational loads
• 空气动力载荷
Aerodynamic loads
• 运行载荷
Operational loads
海上风机的载荷
Offshore wind turbine loading
目录
Contents
• 载荷的来源和载荷工况Sources of loading & load cases:
设计标准及外部条件 —
Design standards & external conditions
• 建模技术Modelling techniques:
• IEC/TC88 61400-3 版本 1: 海上风机安全要求
IEC/TC88 61400-3 Edition 1: Safety requirements for offshore wind turbines
• Germanischer Lloyd, 海上风机认证标准指南 2005.
Germanischer Lloyd, Guideline for the certification of offshore wind turbines, 2005.
− 更高的年平均风速 Higher AMWS − 更低的湍流 Lower turbulence − 更低的风剪切 Lower shear − 低层喷流影响？Low-level jets?
• 额外的载荷来源：Additional sources of loading:
− 波浪和海流 Waves & currents − 冰载 Ice − 船舶冲击载荷 Boat impact
• 更高的非直线响应
Greater non-linearity of response
• 深度浅
Shallower depths
• 疲劳载荷支配设计
Design driven by fatigue
• 无人管理，无污染的危害， 可接受较低的安全系数
Un-manned, no pollution hazards lower safety factors acceptable?