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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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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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
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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 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。
风力发电机组设计载荷的分析
风力发电机组设计载荷的分析
宁李谱,宁欣,杨辉,陈乐瑞
（河南科技学院,河南 新乡 453003 ）
摘要： 结合风力发电机外部环境和国际标准,对风力发电机设计载荷的确定方法进行了研究 .主要对风力发电
机的极限载荷和疲劳载荷进行了分析,列出了风力机载荷设计工况的制定过程,选用 GH- Bladed 软件作为载荷 计算工具,计算风机在设计工况下的极限载荷与疲劳载荷,得到极限载荷的预测方法和疲劳载荷的等效简化方 法,完成风力机设计中最基础性工作. 风力发电机； 载荷分析； 疲劳载荷； 极限载荷 关键词： 中图分类号： 文献标志码： 文章编号： TK83 1008- 7516 （2010 ） 03- 0084- 05 A
第 38 卷 第 3 期 Vol. 38 No. 3
河 南 科 技 学 院 学 报
Journal of Henan Institute of Science and Technology
2010 年 9 月 Sep. 2010
doi:10.3969/j.issn.1008-7516.2010.03.021
1 风力机载荷计算方法
对于陆上风力机载荷计算,不考虑随机或周期波浪、 流体动力学与波浪载荷时间序列三个海上风力 机专用选项.风力机载荷计算过程如图 1 所示.
收稿日期 ：2010-05-13
作者简介 ：宁李谱 （1980-）,男,河南长垣人,助教,硕士.主要从事机械设计的教学与科研工作 .
84
宁李谱等 ： 风力发电机组设计载荷的分析
analysis method of the whole wind turbine system is studied in this paper.The focus is the analysis of extreme loads and fatigue loads,prediction method for extreme loads and equivalent simplified method for fatigue loads are obtained.Then the development of wind turbine design load case is studied,the GH -Bladed software is used to compute wind turbine's loads,wind turbine's extreme loads and fatigue loads are analyzed,thus the most basic works in designing wind turbine are finished.
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。
风力机设计与制造答案
1 低速轴: 连接风轮和齿轮箱的输入端高速轴: 连接齿轮箱输出端和发电机2 将风能产生的转矩传递给发电机,并使其得到相应的转速.3 在满足传动效率,可靠性和工作寿命要求的前提下,以最小体积和质量为目标,获得最优传动方案.4控制与安全系统定义: 实现对风电机组起,停机和发电等运动过程的控制,并保证机组在任何状态下的安全性.一次能源转换单元: 将风能转换化为旋转机械能.机械能传递单元: 传动与制动.发电单元: 将旋转的机械能转换为电脑,同时提供必要的并网发电机. 5 按额定功率分 (大型 中型 小型)按风轮轴结构特征分 (水平轴 垂直轴)a)b) ① 风轮扫掠面积大,风能利用率高.② 结构紧凑,技术比较成熟.③ 可控制高风速下的功率输出,安全可靠.6 指风力发电机在发电过程中,出现的一个负面效果.主要对下风向风电机组,由于一部分空气通过塔架后,再吹向风轮,这样塔架就干扰了流过叶片的气流,一次能源转换单元 控制与安全系统机械 发电单元而形成了所谓的塔影效应.其会导致风机出力的波动,使发电机性能有所降低.7风轮由叶片和轮毂组成.8直驱式无齿轮箱,双馈式有齿轮箱9挥舞,摆振,扭振.10风速变化,风向变化,旋转采样.11①正常风况下,风力发电机组处于正常状态.②正常风况下,风力发电机组处于故障状态.③极端风况下,风力发电机组处于正常状态.12(稳态极端风速模型湍流风速模型)13①气流不可压缩,水平均匀定常压,并且风轮尾流不旋转.②处于风轮前后方的气流静压相等.③将风轮简化成圆盘,轴向力沿圆盘均匀分布且圆盘上无摩擦力.14表明风电机组从风能中实际获得的功率不会超过风能功率的59.3%.15入流角Φ: 叶素入流速度方向与风轮旋转平面间的夹角.桨距角β: 叶素弦长与风轮旋转面间的夹角.攻角α: 叶素弦长与入流速度方向的夹角.关系: Φ=α+β16通过合理的评估和计算方法提供相对完整,准确的设计载荷数据.17①按载荷源分类:1) 空气动力载荷2) 重力和惯性载荷3) 操作载荷4) 其他载荷②按结构设计和校核要求分类:1) 最大极限载荷2) 疲劳载荷③按时变特征分类:1) 循环载荷2) 平稳载荷3) 随机载荷4) 瞬变载荷181) 正常(N):正常发电轻微故障或异常状态,寿命期的出现.2) 非正常(A):对应风况中机组产生较严重的故障.3) 运输和吊装(T)19风电机组最大极限状态:指可能损害结构或部件的极端载荷状况. 20随机循环载荷:非周期性且与实践具有不确定性关系的载荷.随机疲劳:随机循环载荷产生的疲劳现象.21①被动失速调节②变桨距调节③主动失速调节22偏航角: 来流速度方向与风轮轴线的夹角.23风电机组主要设计目标:高性能, 高可靠性, 低成本.24风电机组总体参数:一般指风电机组的设计风况性能指标和主要部件的基本设计要素.25额定风速V R , 切入风速V C , 切出风速V r .26使风电机组产生尽可能多的有效功率,额定风速取决于机组所在区域的风能资源分布,需掌握平均风速及其出现的频率.参照风速条件,按一定原则评估额定风速27①VR取值偏低,机组将损失高于VR时很多额外功率.②过高的VR,可能使机组难以发挥应有的能力,损失很多低风速风能.28恒转速, 变转速.29两叶片: 叶片少,重量轻,成本低,上下叶片由于受剪切风影响,运行中气动载荷差距大,对机组结构稳定性产生不利影响.三叶片:质量虽然增加,成本高,但气动和综合性能较好.运行和功率相对平稳,从美学角度看,三叶片也优于两叶片.32功率特性对风电机组年发电量有直接影响,功率特性除与本身气动特性有关外,与风电机组运行方式密切相关.33 全功率变流风力发电系统, 采用交流励磁双馈发电机的风力发电系统,采用无刷双馈发电机的发电系统, 采用永磁发电机的风力发电系统.34 交流励磁双馈发电系统特点:①是目前大型风电设备采用的典型技术方案之一②控制由转子电路实现,流过转子的电功率与发电机转速所决定的转差功率有关.③该转差功率仅占发电机额定功率很小部分,所需双向变频器容量也较小,对低成本发电和控制系统成本及实施难度有利.④还有实现有功,无功功率的控制,对电网进行无功补偿.无刷双馈发电机无刷化的方式:①将两台绕线转子异步发电机同轴相连,其中一台发电机作为主绕组,而另一台发电机的定子绕组作为励磁控制绕组,其控制方法与单发电机相同.②在定子上装设两套级数不同的绕组,分别作为发电机的主绕组和励磁控制绕组.永磁发电机系统冷却方式: 风冷式, 水冷式.35 ①传动路径短②较容易实现关键部件的标准化设计③以便基础工业部门提供这些部件,促进风电制造产业链的形成, 进而降低整机成本.④为日后风电机组的运行和维护提供便利.36 液压变桨, 电动变桨.37 偏航轴承, 执行机构, 驱动与控制, 制动装置等组成38 空气动力制动, 机械制动.39 ①制动转矩直接作用于风轮.②制动转矩对齿轮箱影响较小.③失效环节少,可靠性高.④由于轴转速较低,此布局需要较大的制动转矩,制动装置所需结构尺寸大.40 ①制动转矩小.②制动装置结构尺寸小③对齿轮箱等传动链部件会产生较大的冲击载荷.41 气动设计.42 确定叶片的气动外形,应用空气动力学基础理论并结合叶片的结构和工艺要求,形成沿叶片展向的截面形状.43 主要承载叶片的大部分弯曲载荷,44 大型风轮叶片为空腔结构形式,在弯曲气动载荷作用下,叶片局部受压,可能发生突然损坏,此现象称为失稳.45 将风轮轴产生的功率传递到发电机系统所需要的传动系统.46 主传动链的支撑技术:①采用独立轴承支撑的主轴②三点式支撑主轴,③齿轮箱集成主轴的传动链布局.④采用固定主轴支撑的风轮的结构.主轴材料:碳素合金钢,毛坯常用锻造工艺.主传动链采用的轴承: 圆柱滚子轴承,调心滚子轴承或深沟球轴承.润滑方式:强制润滑, 飞溅润滑47 齿轮箱按传动形式分: 定轴齿轮箱, 行星齿轮箱, 组合传动齿轮箱按级数分: 单级齿轮箱多级齿轮箱按布置形式分: 展开式, 分流式, 同轴式等形式齿轮箱.48 是一种由若干对啮合齿轮组成的传动机构.49 组成轮系的所有齿轮几何轴线位置都固定不变时,被称为定轴传动轮系.50 平面定轴轮系, 空间定轴轮系.51 轮系中有至少一个齿轮的轴线可绕其他齿轮轴线转动,则称为行星轮系.5253 ⑴载荷分析⑵强度分析⑶连接设计⑷轴承设计54 桁架式, 钢筒式, 钢筋混凝土式.55 最大极限载荷:极端外部条件下,风电机组可能承受的最大载荷.。
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。
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。
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。
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。
风力发电机载荷特性
风力机载荷风力机载荷情况风力机载荷是风力机设计和风力机认证时的重要依据，用于对风力机进行静强度和疲劳强度分析。
目前，国际上有很多规范、标准对风力机载荷做了详细的规定。
其中应用最广的是IEC61400-1标准。
1.载荷分类作用在风力机上的载荷主要包括：（1）空气动力载荷；（2）重力载荷；（3）惯性载荷，包括离心力和科氏力等；（4）操纵载荷；（5）其他载荷，如结冰载荷根据载荷的性质，在风力机上的载荷可分为静载荷、定常载荷、周期载荷、瞬态载荷、脉冲载荷、随机载荷和谐振载荷等。
2.载荷情况由不同的外部条件与风力机工作状态组合而成，主要包括：①正常外部条件与风力机正常工作状态组合；②正常外部条件与风力机故障工作状态组合；③极端外部条件与风力机正常工作状态组合。
根据IEC61400-1标准的规定，载荷情况如表5-1所列。
表5—1载荷情况3.安全系数风力机设计时，需要提供的是设计载荷F d ，它和实际载荷F r 的关系是：d f r F r F =， 式中r f ——载荷局部安全系数 见表5-2所示：表5—2 载荷局部安全系数风力载荷计算 风力机载荷特性 1.叶片上的载荷 （1）空气动力载荷作用在叶片上的包括摆振方向的剪力Q yb 和弯矩M xb 、挥舞方向的剪力Q xb 和弯矩M yb以及变桨距时，与变桨距力矩平衡的叶片俯仰力矩M zb 。
叶片上的空气动力载荷可根据2.2节中的动量——叶素理论计算，计算时先求出轴向诱导因子a 和周向诱导因子b ，再求得叶素上的气流速度三角形以及作用在叶素上的法向力dF n 和切向力dF t （前图 2—1），然后通过积分求出作用在叶片上的空气动力载荷Q xb ，Q yb ，M xb 和M yb 。
图2-1叶素上的气流速度三角形和空气动力分量0R2xb 0n r 1Q V cC dr 2ρ=ò0R2yb 0t r 1Q V cC dr 2ρ=òR2yb 0n r 1M V cC rdr 2ρ=òR2yb 0t r 1M V cC rdr 2ρ=ò式中R ——风轮半径； r 0——轮毂半径。
IEC61400-1风力发电机设计要求(中文版)
3.43 旋转采样风矢量 旋转风轮上某固定点经受的风矢量。 注：旋转采样风矢量湍流谱与正常湍流谱明显不同。风轮旋转时，叶片切入气流，流谱
产生空间变化。最终的湍流谱包括相当大一部分转动频率下的流谱变化和由此产生的谐量。 3.44 风轮转速（风力机）
风力机风轮绕其轴的旋转速度。
3.45 粗糙长度 zo
在假定垂直风廓线随离地面高度按对数关系变化的情况下，平均风速为 0 时算出的高 度。 3.46 定期维护
按预定的日期进行的预防性维护。
4
3.47 场地数据 风力机所在位置的环境、地震、土壤和电力网的数据。没有特殊规定的话，风数据都按
10min 的取样来统计。 3.48 静止
不是根据确定的时间表，而是根据对某一状态的迹象而确定的临时性维护。 3.57 上风向
主风方向的相反方向。 3.58 垂直轴风力机
风力轴垂直的风力机。
3.59 威布尔分布 PW
概率分布函数，见 3.63 3.60 风电场
见 3.61 3.61 风电场
由一批风力发电机组或风力发电机组群组成的电站。 3.62 风廓线—风切变律
2 引用标准
下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而成为本标准的条文。凡是注日期的引用 文件，只有被引用的版本适合本标准。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括任何的 修订）适用于本标准。
IEC 60204-1:1997, Safety of machinery – Electrical equipment of machines – Part 1: General requirements
保护装置系统触发或人工干预下，使风力机迅速关机。 3.16 环境条件
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
湘电风能2.5MW风机介绍
3、 XE93-2500 风力发电机组对比目前国际市场上现有的直接驱 动机型(有滑环)优点：
3.1 多极永磁发电机采用内转子结构，风轮直接同发电机转子连接，发电机结 构紧凑，外形尺寸小。 3.2 发电机效率高，变速范围宽(7rpm-20.5rpm)。 3.3 不需要外励磁场，无励磁损失，电机冷却容易实现，低功率情况下具有较 高的效率；与带外励磁场的绕线转子比，发电机损耗可显著降低。 3.4 发电机无碳刷和滑环，减少了维护量，提高了机组可利用率。 3.5 发电机采用空冷、正压和过滤空气(防止潮湿气体、沙尘进入)，保护发电机 及控制系统不受盐雾、沙尘的影响。 3.5 发电机在电网电压变化的情况下，能够保持电压、电流的稳定，同时电机 扭矩保持不变，具有扶持电网的能力。 3.6 变流装置采用先进技术，谐波含量低。 3.7 机组结构设计采用了人性化设计，方便人员检查维修。
4.3 变桨系统
4.3.1 XE93-2500 风机采用独立变桨设计，变桨系统由变桨装置、变桨轴承组 成。每套变桨装置由带 PTC 保护和计数装置的直流伺服电机、行星减速器、齿 轮润滑系统等组成。 4.3.2 变桨减速器为 3 级行星减速结构，是将变桨电机传递过来的扭矩增大，然 后带动叶片改变叶片的桨距角。
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。
风力发电机组载荷计算
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• 陆上风机：GB18451.1（2001）；IEC614001（1999， 2005）；GL Guideline2003；…• 海上风机：IEC614003；GL Guideline (Offshore) 2005; DNV OSJ101 …北京鉴衡认证中心北京鉴衡认证中心 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: 斜度参数风力发电机组载荷计算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）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）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)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）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• 运输、组装、维护和修理北京鉴衡认证中心风力发电机组载荷计算故障工况• 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）北京鉴衡认证中心风力发电机组载荷计算载荷工况举例——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） 北京鉴衡认证中心风力发电机组载荷计算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 极端载荷北京鉴衡认证中心风力发电机组载荷计算载荷计算常用软件• 常用工具– Bladed for Windows– Fast– Flex5– AdamsBladed for Windows界面 北京鉴衡认证中心北京鉴衡认证中心载荷计算各因素作用关系 时域风场传动系统特性结构属性（风 轮、塔架等） 气动载荷 空气动力学 结构动力响应响应时间序列 时序分析 疲劳载荷 极限载荷 控制及保护系统风力发电机组载荷计算北京鉴衡认证中心载荷计算结果B l a d e 1 M x [k N m ] Time [s]50010001500 0500 1000 1500 20000 50 100 150 200 250 300风力发电机组载荷计算北京鉴衡认证中心F l a p w i s em o m e n t [k N m ] Time [s]200400 0200 400 600 800 0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 25.0载荷计算结果风力发电机组载荷计算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）疲劳载荷计算工况单次时序载荷（10min） 各工况累计发生次数或时间雨流计数法等效疲劳载荷 载荷谱北京鉴衡认证中心北京鉴衡认证中心结果输出及分析（疲劳载荷） • 等效疲劳载荷meq i m i eq n n R R / 1 ÷ ÷ ø ö ç ç è æ = å From Eurocode3风力发电机组载荷计算风力发电机组载荷计算 • 疲劳载荷谱北京鉴衡认证中心谢 谢！北京鉴衡认证中心。
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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。