风力发电机组载荷计算
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风力发电机组载荷计算
北京鉴衡认证中心
发言人：韩炜
2008414
北京鉴衡认证中心
内容概要
1. 风力发电机组载荷计算目的
2. 风力发电机组载荷特点
3. 风力发电机组载荷计算
北京鉴衡认证中心
风力发电机组载荷计算目的
• 对于设计：提供强度分析载荷依据，确保各部
件承载在设计极限内；优化运行载荷，提高机
组可靠性。
• 对于认证：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。北京鉴衡认证中心
风力发电机组载荷特点
• 风
• 空气动力学
• 叶片动力学
• 控制
• 传动系统动力学
• 电力系统
• 塔架动力学
• 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
• 陆上风机：GB18451.1（2001）；IEC614001（1999， 2005）；GL Guideline2003；…
• 海上风机：IEC614003；GL Guideline (Offshore) 2005; DNV OSJ101 …
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北京鉴衡认证中心 风力发电机组设计等级 （IEC614001：1999） 级别 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ S V ref [m/s] 50 42.5 37.5 30 V ave [m/s] 10 8.5 7.5 6 A I 15 [] 0.18 0.18 0.18 0.18 a [] 2 2 2 2 B I 15 [] 0.16 0.16 0.16 0.16 a [] 3 3 3 3 由设计 者规定 各参数 注： V ref ：轮毂处参考风速 V ave ：轮毂处平均风速 I 15：风速15m/s时的湍流强度 a: 斜度参数
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风力发电机组载荷计算
载荷计算使用的坐标系
（ IEC614001 ：1999 ） 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
（IEC614001 ：1999） • 在设计计算时，必须考虑下列载荷
惯性力和重力载荷
由晃动、旋转、重力或地震作用产生的静态和动态力
空气动力学载荷
静态和动态力
考虑气动弹性
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）
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载荷计算外部条件
• 环境条件
– 风况（最主要的）
– 其它环境条件（温度、
湿度、空气密度、太
阳辐射、雨、冰雹、
化学作用物质、机械
作用颗粒、雷电、地
震、盐雾）
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载荷计算外部条件
• 电网条件
–电压、频率、电压不平衡
–断电（20次/年，每次最长1周） • 土壤条件(基础相关)
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载荷计算风况
• 常规风况
– 风速分布
– 常规风廓线模型（NWP）
– 常规湍流模型（NTM）
• 极限风况
– 极端湍流模型（ETM）
– 极端风模型（EWM）
– 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）
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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
• 运输、组装、维护和修理
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故障工况
• 所有可能发生的单一故障
• 多个相关的故障（如处于同一故障链中），需同时考虑 • 内部故障与外部故障可能需要同时考虑
• 故障仿真需符合故障描述
• 故障发生后的保护措施需符合风机设计
• 必须考虑故障及故障所引发的保护措施可能引起的瞬态 响应
• 适当的外部条件选择（如常规风况NTM，NWP）
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载荷工况举例——DLC1.5
• 风模型 EOG1
• 风速 13m
• 阵风幅值 8.47m
• 风向 8°、0°、8°
• 风机状态 运行（风轮方位角）
• 故障 脱网（脱网时间）
• 停机模式 紧急停机（桨距角、机械刹车） 北京鉴衡认证中心
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时序仿真概念
外部条件 载荷工况 机组操作或状态
风力发电机组动
力学模型
结构载荷
载荷时间历程
疲劳载荷 极端载荷
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载荷计算常用软件
• 常用工具
– Bladed for Windows
– Fast
– Flex5
– Adams
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