GH-Blade 风力发电机组疲劳载荷(雨流)仿真计算设置
基于SACS-Bladed的海上风电机组基础结构疲劳分析方法研究
基于SACS-Bladed的海上风电机组基础结构疲劳分析方法研究吴永祥;罗翔【期刊名称】《风能》【年(卷),期】2016(000)002【总页数】4页(P106-109)【作者】吴永祥;罗翔【作者单位】龙源北京风电工程设计咨询有限公司;龙源北京风电工程设计咨询有限公司【正文语种】中文海上风电机组基础与陆上风电机组基础受力情况不同，除了承受风载荷、上部风电机组运行载荷以外，还承受波浪、海流等载荷，因此进行多工况下风电机组基础的疲劳分析是工程设计过程中的难点。
海上风电机组基础属于海洋结构工程范畴，但因为风电机组塔筒结构兼具高耸结构的特性，动力特性明显，易发生疲劳损伤，同时风电机组支撑结构又具有自身受力特点，因此对海上风电机组基础结构分析需要考虑：土壤+波浪+支撑结构+塔筒+机舱叶片的整体结构分析模式。
本文以某四桩导管架海上风电机组基础支撑结构为例，通过海洋工程设计软件SACS以及风电机组载荷计算软件Bladed联合进行疲劳计算分析。
分析过程全面考虑了海上风电机组的疲劳载荷，包括波流载荷和风电机组载荷时程曲线，参考选取API、DNV等规范建议的S－N曲线，基于Miner疲劳累积损伤理论进行结构管节点疲劳寿命计算，计算效率高、分析精确，为海上风电机组基础在风波流耦合条件下的结构疲劳分析提供一定的方法和思路。
海洋平台结构一般采用谱疲劳分析方法：该方法认为波浪载荷是造成海洋平台结构疲劳的主要原因，通过波浪的概率分布来计算结构的疲劳寿命，称为谱疲劳分析方法。
陆上风电机组结构的疲劳分析，一般采用风电机组等效疲劳载荷来进行结构的疲劳计算。
而对于海上风电机组基础来说，同时要承受波浪载荷和风电机组载荷的耦合作用。
现有的欧洲、国内的工程实践以及研究表明，疲劳分析是海上风电机组基础结构的设计难点，疲劳工况也是风电机组支撑结构分析的控制工况。
现有的一些分析方法是将风电机组疲劳损伤和波浪疲劳损伤进行简单叠加，而国外的研究表明，此种做法过于保守，实际上应该考虑风电机组载荷和波浪载荷的耦合效应。
ghbladed理论手册
G H B l a d e d理论手册(共62页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--GH Bladed 理论手册1.绪论1.1目的GH Bladed 是一个关于风力发电机性能和负载计算的集成软件包。
应用于以下方面：●风力发电机初步设计●详细设计及部件规范●风力发电机的验证本软件有着尖端的用户绘图界面，允许用户直接完成下列任务：●所有风机参数，风速输入和载荷的规范。
●稳态特性的快速计算，包括：◇空气动力学数据◇性能系数◇功率曲线◇稳定运行载荷◇稳定停机载荷●完成以下动态仿真：◇正常运行◇启动◇正常与紧急停车◇空转◇停车◇动态功率曲线●所得结果的后期处理：◇基本统计◇周期分量分析◇概率密度，峰值和平面交叉分析◇谱分析◇交叉普，一致性和传递功能分析◇雨流周期计算和疲劳分析◇变量的集合◇产生的年功率◇最终载荷（恶劣状况的可鉴别性）◇严重闪变●陈述：结果可以以图解形式描述或整理成文字报告。
1.2理论背景GH计算风机性能和载荷的方法已经研发了好多年。
这种主要的研发目标已经取得了用于风机设计和验证的可靠工具。
本软件中的模型和理论方法已经通过许多不同型号和配置的风机的监控数据被加以验证，包括：●WEG MS-1，UK，1991●Howden HWP300andHWP330,USA,1993●WCN 25m HAT,Netherland,1993●Newinco 500Kw, Netherland,1993●Nordex 26m,Denmark,1993●Nibe A, Denmark,1993●Holec WPS30,Netherlands,1993●Riva Calzoni M30,Italy,1993●Nordtank 300KW, Denmark,1994●WindMaster 750kw, Netherlands,1994●Tjaereborg 2MW, Denmark,1994●Zond Z-40,USA,1994●Nordtank 500KW,UK,1995●Vestas V27,Greece,1995●Danwin 200kw,Sweden,1995●Carter 300kw,UK,1995●NedWind 50,1MW, Netherlands,1996●DESA,300KW,Spain 1997●NTK 600,UK,1998●West Medit,Italy,1998●Nordex ,Germany,1999●The Wind Turbine Company 350kw,USA,2000●Windtec ,Austria,2000●WEG MS-4400KW,UK,2000●EHN ,Spain,2001●Vestas 2MW,UK,2001●Lagerwey 750 Netherlangds,2001●Vergnet 200,France 2001这些文献描述了GH Bladed 软件中不同模型和具体的数字方法的理论背景。
基于Matlab的GH_bladed软件风机外部控制器设计
3 基于 Matlab/Simulink 的风力发电机仿真实现 ......................
3.1 3.2 3.3 3.4
基于 Matlab/Simulink 的风力发电机性能仿真研究 .......................... 16 基于 Matlab/Simulink 的风力发电机的仿真方法 ............................ 18 基于 Matlab/Simulink 建立风力发电机的仿真模型 .......................... 18 基于 Matlab/Simulink 建立风力发电机外部控制器的仿真模型 ............... 27
Key words: wind power，MATLAB software，model simulation，GH bladed software
基于 Matlab 的 GH bladed 软件风机外部控制器设计
III
目
录
1 绪论 ............................................................................ 1
基于 Matlab 的 GH bladed 软件风机外部控制器设计
I
摘
要
风力发电作为新兴能源,近几年受到了世界各国研究人员的广泛关注。欧、美、日 等发达国家地区已有不少成功经验,并在着手兴建大型化的风电场。在设计、建造和运 营风电场的过程中,需要应用大量的新技术,而其中一个重要的技术工具就是相配套的 设计和运行软件。其中 Matlab/Simulink 和 GH bladed 软件就是常见的风力发电机仿真 软件，本文采用 Matlab/Simulink 软件对其进行建模。本文建立了风力发电系统数学模 型,并用 Matlab/Simulink 软件对这些模型进行了仿真，根据变速风力发电力机的静态性 能特点，采用 Matlab/Simulink 软件对其进行建模，并给变速风力发电机组风力机输入 模拟变速风速进行仿真研究，给出了风力发电机的静态性能数据和仿真波形。证明了这 些模型的正确性,说明了风力发电系统的仿真在对风力发电系统分析中的重要作用。
Bladed软件在风能专业本科教学中的应用研究
Bladed软件在风能专业本科教学中的应用研究岳大为;周玥【期刊名称】《风能》【年(卷),期】2014(000)008【总页数】6页(P82-87)【作者】岳大为;周玥【作者单位】河北工业大学;河北工业大学【正文语种】中文随着风电产业的迅猛发展，国内对风电专业人才的需求逐渐增大。
根据能源领域的发展趋势和国民经济发展需要，河北工业大学于2008年设立风能与动力工程专业，培养在新能源领域从事相关工程技术领域的开发研究、工程设计、优化运行及生产管理工作的跨学科复合型高级工程技术人才和具有较强工程实践和创新能力的专门人才。
本专业现已有两届毕业生，为风电相关领域输送优秀专业人员，成为培养风电专业人才的重要基地。
在风能专业的本科教学中，由于环境条件有限，只能讲授有关理论知识和方法，不能提供理论的验证以及实践，使得学生对有关知识方法感到抽象难懂，不利于理论基础的巩固和方法的掌握。
本文将理论教学与Bladed软件仿真结合，旨在帮助学生更好地理解掌握风力发电的有关知识，锻炼实际操作能力，提高分析和解决问题的能力。
Bladed软件是英国Garrad Hassan and Partners Limited公司（以下简称GH公司）开发的用于风电机组设计的专业软件，已通过GL（德国劳埃船级社）认证，软件的计算和仿真功能十分强大。
Bladed软件是一个用于风电机组设计与验证的集成化软件包，可以提供各种风模型、控制系统、动力响应等多种综合模型，可用于风电机组功率分析、载荷计算、风电机组气动性能分析等。
图1所示为Bladed软件的功能模块。
如图1所示，在良好的图形界面下，用户可以利用Bladed软件进行风电机组、风和标准工况的建模、气动参数计算、动态模拟计算、动态对计算结果的处理和自动输出报告等功能。
Bladed软件可以与多种软件进行数据交换，如Matlab软件、Visual C++6.0等等，这些软件可以为Bladed软件提供外部控制器、自定义发电机等等。
基于bladed的风力发电机组变速变桨控制参数整定方法
基于bladed的风力发电机组变速变桨摘要：针对风力发电机组设计和改型过程中，变速变桨控制器参数调整困难、控制效果不理想等问题，本文采用最优控制和单纯形法对控制器PID参数进行联合整定。
并通过bladed软件进行载荷仿真及性能分析，进一步验证该方法的正确性，结果表明：通过使用该方法，可以获取较优的控制器参数，满足设计及改型的实际需求。
关键词：bladed，风力发电机组，变速变桨控制，PID参数整定Parameters Setting Method for Variable Speed Pitch Control of WindTurbine based on BLADEDAbstract: Focusing on the difficulties in parameters adjustment for variable speed pitch controller and poor control performance in the process of Wind Turbines design and remodeling, in this thesis the optimal control scheme and simplex algorithm are applied to jointly set the PID parameters of the controller, and BLADED is used for load simulation as well as performance analysis in order to further check the accuracy of the employed method. The result shows that with the said method, it can obtain comparatively reliable parameters of the controller and to meet the requirements of turbine design and remodeling as well.Key words: bladed, wind turbine, variable speed pitch controller, PID parameters tuning1 引言近年来风力发电行业发展迅猛，多类风力发电机组应运而生，其中变速变桨风力发电机组应用最为广泛。
风力发电机组高速轴联轴器的疲劳寿命评估方法
风力发电机组高速轴联轴器的疲劳寿命评估方法发布时间：2021-03-16T12:38:27.247Z 来源：《中国电业》2020年30期作者：刘登[导读] 本文基于风力发电机组传动链的疲劳载荷谱，应用雨流计数法建立了风力发电机组高速轴联轴器的二维疲劳载荷谱刘登明阳智慧能源集团股份公司广东中山摘要：本文基于风力发电机组传动链的疲劳载荷谱，应用雨流计数法建立了风力发电机组高速轴联轴器的二维疲劳载荷谱，并采用经典Miner线性疲劳累计损伤理论，提出了一种适用于风力发电机组高速轴联轴器的疲劳寿命评估方法，对于风力发电机组其他机械零部件疲劳寿命评估方法的研究亦具有工程指导价值。
关键词：风力发电机组高速轴联轴器疲劳载荷谱雨流计数法累计损伤疲劳寿命评估前言目前我国风力发电机组的技术路线主要有三种，双馈风力发电机组，直驱风力发电机组及半直驱风力发电机组。
而高速轴联轴器作为双馈风力发电机组和半直驱风力发电机组传动链的主要零部件，其疲劳寿命评估方法的研究一直在业界内处于空白状态。
众所周知，在机械零部件的失效形式中，疲劳失效是一种主要的失效形式。
据不完全统计，机械零部件的疲劳失效占比高达70%以上[1]。
然而，不幸的是，风能技术作为我国的新兴发展技术，其疲劳寿命的研究正处于起步阶段，尚不成熟。
本文借助其他行业中机械零部件的疲劳寿命研究方法，结合风力发电机组高速轴联轴器的结构特点，综合应用雨流计数法和Miner线性疲劳累计损伤理论，提出了一种评估风力发电机组高速轴联轴器疲劳寿命的方法。
雨流计数法原理机械零部件在随机疲劳载荷作用下，均值和幅值也是随机变化的，而其又是影响机械零部件载荷-时间历程的统计处理方法很多，例如里程计数、峰值计数和雨流计数[2]等。
其中，由于雨流计数法在计数原理上与实际工作载荷对零部件的循环应力-应变极为相近，同时考虑了静强度（均值）和动强度（幅值）两个随机疲劳载荷的只要变量，与疲劳载荷的固有特性吻合度较高，且其计数法便于计算机实现，因而在疲劳载荷处理过程中被众多学者广泛应用。
风况仿真设定对风机载荷计算的影响
风况仿真设定对风机载荷计算的影响李娟;刘江波;冯红岩【摘要】针对某机型风力发电机,对风机的各运行风况进行了设定；通过实际风场测风,得到风资源数据,并进行分析得到了实际风场的风况类型,对比分析了设计风况和实测风况,验证设计阶段仿真风况建模的合理性和正确性；根据GL2010规范的要求,对特定机组进行了仿真工况的建模,通过GH-Bladed载荷计算,得到风力发电机组的叶片、塔筒、偏航轴承等部位的载荷,对风机运行的各风况进行了特性分析,总结出各风况对风机影响的最主要方面,对风机设计具有指导意义.%Based on a certain type wind turbine,all operating wind condition were set;and by measuring the wind speed in site ,the wind resource data are obtained,which will be analyzed to get the type of the wind for the real windfarmlhen the wind condition designed and the wind condition measured were compared and analyzed to verify the rationality and correctness of modeling the wind condition simulated during the design stage; According to the load requirement stipulated in the GL2010, modeling for simulation load of the special wind was made,thus the load for blade,tower,yaw bearing and so on of the wind turbine was obtained by GH-Bladed load cakulation.Finallythe most important influence that the wind condition act on the wind turbine were summed up after analyzing the features of wind conditions ,which is significant for turbine design.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2012(000)005【总页数】3页(P194-196)【关键词】风机;载荷计算;运行风况;GH-Bladed;计算机仿真;破坏【作者】李娟;刘江波;冯红岩【作者单位】天威风电科技有限公司研发中心,保定071000;天威风电科技有限公司研发中心,保定071000;天威风电科技有限公司研发中心,保定071000【正文语种】中文【中图分类】TH16;TP391.72;TP311 引言风力发电机运行风况的建模在新机型的开发及验证阶段占有很重要的地位。
gh bladed计算载荷步骤
一、概述在工程领域中，计算载荷步骤是非常重要的一环，它可以帮助工程师们准确地评估结构在不同工况下承受的载荷大小，为设计和施工提供了有力的支持。
而在这一过程中，Bladed软件作为一款专业的风力发电机模拟计算软件，为工程师们提供了强大的模拟计算功能，能够精确地计算风力发电机在不同工况下的载荷情况，极大地提高了工程设计的精准度和可靠性。
二、Bladed软件简介Bladed软件是由英国风力能源公司DNV GL开发的一款专业的风力发电机模拟计算软件，它具备强大的计算能力和丰富的建模功能，可以对风力发电机在不同工况下的动态特性进行精确模拟和计算,包括模型搭建、载荷计算、性能评估等多个方面。
Bladed软件采用了先进的风能、结构和控制建模技术，可以模拟不同的风速、叶片角度和工况，为工程师们提供了准确可靠的仿真环境，帮助他们深入理解风力发电机的工作原理和性能特点。
三、Bladed在计算载荷步骤中的应用1. 参数设置在进行计算载荷步骤之前，工程师需要对Bladed软件进行一系列参数设置，包括风速、叶片角度、风向等工况参数的输入，以及结构特性、控制系统、风机特性等模型参数的调整。
通过合理设置这些参数，可以为载荷计算提供准确的输入数据，从而保证计算结果的可信度和准确性。
2. 载荷计算Bladed软件可以根据用户输入的参数进行风力发电机的载荷计算，包括不同工况下的风载荷、惯性载荷、重力载荷等。
通过对这些载荷进行精确的计算和分析，工程师们可以了解风力发电机在不同工况下承受的不同载荷大小，为结构设计和施工提供重要的参考依据。
3. 结果分析在载荷计算完成后，Bladed软件可以生成详细的计算结果报告，包括风载荷、重力载荷、转矩、振动等多个方面的数据和图表。
工程师们可以通过分析这些结果，深入了解风力发电机在不同工况下的动态特性和载荷情况，为优化设计方案和改进结构性能提供重要的参考依据。
四、Bladed在实际工程中的应用案例1. 风电场设计Bladed软件可以帮助工程师们对风电场进行精确的设计和评估，包括风力发电机的布置方式、叶片数量、机组功率等参数的优化。
基于改进统计外推法的风力机疲劳载荷分析
基于改进统计外推法的风力机疲劳载荷分析姚兴佳;邵帅;王英博【摘要】针对兆瓦级风力机部件承载的载荷范围宽、部件寿命时间长所导致的短时测试或仿真所采集的数据不完整的问题,采用改进的统计外推法计算疲劳损伤密度,选定拟合概率分布的阈值,消除大量小循环使载荷分布尾部失真的影响;对大于阈值的数据进行概率分布拟合,建立一种更接近载荷分布尾部的概率分布模型,实现风力机疲劳载荷分析.仿真计算表明,与传统的统计外推方法相比,所采用的改进统计外推法在实际应用中准确性更高,能够更好地适用于风力机部件疲劳分析.【期刊名称】《可再生能源》【年(卷),期】2014(032)007【总页数】6页(P986-991)【关键词】风力机;疲劳载荷;统计外推法;阈值;广义威布尔分布【作者】姚兴佳;邵帅;王英博【作者单位】沈阳工业大学风能技术研究所,辽宁沈阳 110023;沈阳工业大学风能技术研究所,辽宁沈阳 110023;沈阳工业大学风能技术研究所,辽宁沈阳 110023【正文语种】中文【中图分类】TK830 引言近年来，我国风电行业发展迅速，截至2012年底，我国风电累计装机容量达75342.2 MW，居世界第一位[1]。
随着装机容量的不断增大，风力机部件承受的载荷范围越来越大，机组事故率也逐渐增加，风力发电机组的寿命与安全问题日益凸显，但是国内的风力发电机组载荷测试与数据分析技术却起步较晚[2]。
风力机疲劳载荷的数据主要通过对风力机的测试和仿真计算两种方法得到，由于风力机的寿命为20 a，而测试和仿真计算采样时间短、载荷数据量大，将所得载荷数据直接用于风力机设计和疲劳分析会出现较大的分析误差和无法预计的困难。
因此，为了解决由于测试或仿真时间短及外部环境条件限制所带来的问题，统计分析的方法被广泛应用于风力机疲劳载荷分析研究中，我们称之为“参数法”或“统计外推法”。
统计外推法根据以往的经验以及对问题本身的认知程度，假设变量符合某一特定的函数，来估算总体的概率分布，由于分布函数的参数未知，因此要通过样本值来估计[3]。
风电叶片疲劳测试中的等效载荷研究
风电叶片疲劳测试中的等效载荷研究摘要：风电叶片作为风力发电机接收风能的主要部件，其设计寿命长达20年。
研究表明，由于长期受到交变载荷影响，疲劳破坏是叶片主要失效形式，进行疲劳试验是验证叶片性能和寿命最有效的方式。
目前，叶片疲劳试验普遍采用单点激振方法，使叶片持续上下振动，以此来测试其疲劳寿命。
关键词：风机叶片；等效转换；疲劳载荷；复合材料引言当前多数风机叶片缺陷检测分两种情况。
一是使用物体材料反射率差异巡查，即有缺陷和无缺陷物体反射频率不同，通道检测可以发现缺陷；二是使用计算机视觉技术和深度学习方法选出有缺陷的图片，然后根据拍摄的信息具体定位到缺陷所在的风机叶片上的准确位置，最后派遣人员检修或更换。
玻璃钢复合材料是一种高性能的纤维增强复合材料，具有质量轻、硬度高和耐腐蚀等优点，适用于恶劣气候等实际工况的要求，一直是大中型风机叶片的常用材料。
但是，由于风机内部结构复杂，制造过程复杂，受风蚀、雨蚀等环境因素的影响，如检测和处理不当，叶片可能断裂，造成严重后果。
目前，风机叶片检测的方法主要有目视法、超声波检测、传统视觉算法、声发射检测、红外热成像和图像检测技术等。
1叶片传统的等效疲劳载荷计算方法风力机叶片的设计与性能分析的重点在于疲劳研究。
风机叶片载荷主要为20年设计生命周期内的动载荷，动载荷中的周期载荷、非周期载荷可统称为疲劳载荷。
针对载荷的处理，美国风能技术研究部人员提出了利用雨流法对风荷载进行统计分析，通过分布的荷载幅值来描述疲劳载荷历程.目前风机在运行中的疲劳载荷可以通过GHBladed软件进行模拟仿真，以载荷－时间历程形式输出，称为时域载荷。
但是由于时域载荷的不确定性，这种载荷谱难以直接应用，通常会对其进行统计处理。
作为在风电机组设计行业被应用最为广泛的商业仿真软件，GHBladed中提供对疲劳载荷进行等效处理的功能模块。
通过雨流计数方法对时域载荷进行循环计数，得到载荷均值、幅值和循环次数的马可夫载荷表。
等效载荷在风电机组疲劳分析中的应用讨论
等效载荷在风电机组疲劳分析中的应用讨论作者：宁红超王小虎来源：《风能》2015年第06期据统计机械零件破坏的80%以上为疲劳破坏，特别是大型、复杂机械结构疲劳问题更为突出。
风电机组是具有高动态载荷的动力系统，所承受的载荷主要是随时间变化的动态随机载荷，结构件都会因此而产生动应力，引起疲劳损伤。
根据行业标准要求，风电机组的设计寿命至少为20年，因此在设计时需要重点考虑其疲劳强度，以确保整机结构的安全可靠性。
由于疲劳载荷具有时变性、随机性等特点，直接通过实践序列评估结构疲劳特性比较困难，因此简化的载荷在疲劳寿命评估中被广泛应用。
在风电机组设计领域，通常用等效疲劳载荷（Equivalent Fatigue Loads）来衡量疲劳载荷大小和进行结构件疲劳强度评估。
但由十算法本身的局限性，等效载荷并不能完全反应疲劳载荷各项特性对结构强度的影响，在强度评估过程中需谨慎使用。
等效疲劳载荷及疲劳损伤计算一、等效疲劳载荷载荷分为静载荷和动载荷两大类，动载荷中的周期载荷、非周期载荷可统称为疲劳载荷。
风电机组在运行中的疲劳载荷可以通过GH Bladed软件进行模拟仿真，以载荷一时间历程形式输出。
但是由于随机载荷的不确定性，这种载荷谱难以直接应用，通常会对其进行统计处理。
常用的等效载荷计算方法主要有均方根（RMS）等效和基于paris公式（RMP）等效等。
作为在风电机组设计行业被应用最为广泛的商业仿真软件，GH Bladed中也提供对疲劳载荷进行等效处理的功能模块。
通过雨流计数方法对随机的载荷一时间序列进行循环计数，得到载荷均值、幅值相对循环次数的二维分布，如表l。
在雨流计数结果基础上，指定一个或多个S-N曲线斜率m和频率f（对定速风电机组来说通常为1P），可以得到一组固定频率f下的正弦波曲线。
在应力之间没有相互干涉的超载迟滞效应假设下，可以认为这组正弦波曲线能够产生与原始载荷相同效果的疲劳损伤。
等效载荷计算公式如下：其中，ni表示在载荷幅值为SRi情况下的循环次数，T为原始时间序列的持续时间。