论不同风况对风电机组疲劳载荷的影响
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。
外部环境对风电机组性能影响分析
外部环境对风电机组性能影响分析摘要：清洁能源中的风能资源开发在国家推动下发展较快，大量风电机组运行中暴露许多问题，因此提高风电机组运行稳定性尤为重要。
风电机组的性能是决定发电质量和效率的重要因素。
随着大量风电机组投入运行，一些风电场陆续出现风电机组在恶劣环境中运行导致的性能问题。
由于中国地域辽阔，不同地区的风电场运行环境不同。
其中温度变化对功率输出的影响不容忽视，成为影响风电机组运行的一大因素。
对于温度变化对功率曲线的影响，说明了空气密度对风电机组性能的影响和对于温度变化时风电机组功率影响，重点阐述了在海拔较高的地区，叶片易形成覆冰情况，也会大大影响风电机组的功率因数。
主要论述了气候因素导致叶片表面结冰的问题，分析了叶片表面结冰后风轮气动性能的变化，并对不同程度的叶片表面结冰情况下，气动性能和风能利用率的变化进行对比分析。
指出海拔高度和风电机组气动性能密切相关，海拔高于1000m时，风电机组运行环境将急剧变化。
随着陆地和低海拔地区风力开发逐渐饱和，高海拔地区将成为重点开发地区，但高原环境给风电机组叶片气动性带来的影响不容忽视。
关键词：外部环境；风电机组；性能影响引言风能和风能是世界各国政府开发和利用的清洁能源。
目前，中国主要面向东南沿海，主要位于蒙古和甘肃地区的海风养殖场正在开发中。
青藏高原和高原地区风电场建设仍处于起步和试验阶段。
2012年5月，旧金山首座高原原型风电场在甘肃附件海拔3200米的地方建成，2018年安装了66台1.5瓦风轮，时速1.2亿千瓦。
2014年10月，西藏风电场4700m在5个1.5瓦风电场运行。
这是目前世界上最受欢迎的风电场，也是西藏唯一正在建设的大型风电场。
1风电机组气动特性分析风力机是通过风能的推动而旋转的机构，主要为发电机转子旋转提供动能。
虽然能量守恒，但风能推动风力机旋转时由于机械摩擦力等因素存在能量损失，通常用特定的参数即风能利用系数代表风力机吸收风能效率。
风况仿真设定对风机载荷计算的影响
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李 娟 刘 江波 冯红岩
（ 天威风 电科技有 限公 司 研发 中心 ， 保定 ０ １０ ） ７ ００
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风力发电机组结构疲劳性能分析与寿命预测
风力发电机组结构疲劳性能分析与寿命预测随着全球气候变化的加剧，清洁能源成为了今后发展的必然选择。
在可再生能源中，风能是一种非常优秀的资源。
于是，风力发电机的市场逐渐得到了加强，我们也会关注风力发电机的安全性及可靠性问题。
那么，风力发电机的结构疲劳性能和寿命预测如何进行分析呢？一、结构疲劳性能分析疲劳是造成风力发电机结构故障的主要因素之一。
因此，分析风力发电机组件的疲劳性能至关重要。
众所周知，风力发电机构件常处于大的变化负载状态和复杂的环境下。
大的变化负载状态包括切向风、轴向风、横向风、重力等，以及频繁的转动、摆动、压缩和拉伸等。
复杂环境则指如冰雪、雷击等极端天气环境。
这些复杂的机械和自然环境给风力发电机构件的疲劳性能分析带来了挑战。
在实际运行中，风力发电机的叶片、轴承和齿轮等组件会受到较大的载荷影响。
结构疲劳性能分析过程中涉及的载荷和应力、材料特性、转子振动、寿命和可靠性等方面，需要综合考虑，参照现有的风力发电机标准及相关工程经验，建立可行的结构疲劳性能模型。
二、寿命预测当我们对风力发电机结构的疲劳性能进行分析后，我们需要进一步开展寿命预测。
寿命预测为评估风力发电机的使用寿命、设计寿命和寿命周期费用提供了重要依据。
目前，寿命预测通常采取在负载下、失效样本收集分析的方法。
通过这种方法就能够掌握风力发电机在不同负载下的失效机理和寿命特征，有利于设计寿命的设置和维修计划的制定。
总之，风力发电机的结构疲劳性能和寿命预测的分析需要在实践中通过多种手段进行探索、实验和验证。
新的技术和方法有望不断提升风力发电机的结构可靠性和运行安全性。
风力发电机组结构疲劳损伤分析与预测
风力发电机组结构疲劳损伤分析与预测引言：随着能源需求的不断增长和环保意识的提高，可再生能源扮演了越来越重要的角色。
其中，风力发电被广泛认可为一种高效、清洁的能源形式。
然而，风力发电机组在长期运行过程中往往会遭受到风力的冲击和变化环境的影响，从而引发结构疲劳损伤。
疲劳损伤是指由重复加载和应力下结构部件的逐渐损伤导致破坏的现象，是风力发电机组的重要工程问题。
本文将重点就风力发电机组结构疲劳损伤的分析与预测进行论述，并介绍该领域的最新研究成果以及未来的发展趋势。
一、结构疲劳损伤的形成机制结构疲劳损伤是由外部荷载和应力变化导致的，通常具有以下几个主要的形成机制：1. 应力集中：结构中的薄弱部位容易形成应力集中，导致该处的应力水平显著增加，从而加速疲劳损伤的发展。
2. 振动载荷：风力发电机组长时间作业过程中，受到了风的冲击和振动载荷的作用。
这种载荷是不断重复的，会导致结构应力的累积，引发疲劳损伤。
3. 材料特性：材料的力学性能和耐久性是结构疲劳损伤的重要因素，不同材料的耐久性差异会导致不同结构部件的损伤程度不同。
二、结构疲劳损伤分析的方法1. 数值模拟：数值模拟是一种常用的疲劳分析方法，可以通过有限元分析等方法对结构受力情况进行模拟，并预测结构的疲劳寿命。
在数值模拟中，需要准确描述结构的几何形状、材料特性和加载条件等参数。
2. 实验测试：实验测试是验证数值模拟结果的有效手段。
通过对实际风力发电机组进行监测和试验，可以获取结构在不同工况下的应力和振动数据，以评估结构的疲劳损伤情况。
3. 数据分析：数据分析是从实验测试数据或现场监测数据中提取有用信息的关键步骤。
通过采用各种统计分析方法，如功率谱密度分析、相关性分析等，可以识别关键特征参数，建立结构疲劳损伤的预测模型。
三、结构疲劳损伤的预测方法1. 基于经验模型的预测方法：基于经验模型的预测方法主要利用已有的试验数据和经验公式，建立起结构疲劳损伤与工作载荷、结构几何和材料特性等因素之间的关系。
风电 等效疲劳载荷计算
风电等效疲劳载荷计算风电是一种利用风能转换成电能的清洁能源，越来越受到人们的关注和重视。
然而，由于长期以来的运行和风力的变化，风机的叶片和其他部件会受到疲劳载荷的影响。
因此，进行风电的等效疲劳载荷计算，对于确保风机的运行安全和可靠性至关重要。
在风电行业中，等效疲劳载荷计算是评估风机叶片和其他部件的疲劳寿命的关键步骤。
通过对风机在不同风速下的工作状态进行模拟和分析，我们可以得出风机在实际工作中所受到的等效载荷。
这些载荷包括风速、风向、温度、湿度以及其他环境因素等，它们会对风机的叶片、轴承、齿轮等部件产生影响。
为了进行等效疲劳载荷计算，首先需要确定风机的设计参数和工况条件。
这些参数包括风机的额定功率、切入风速、切出风速等。
然后，通过采集和分析实际风机的运行数据，得出风机在不同风速下的工作状态和风能转换效率。
同时，还需要考虑到风机的使用年限、维护情况等因素，以确定风机的使用寿命和疲劳载荷。
在进行等效疲劳载荷计算时，需要结合风机的结构特点和材料特性，采用适当的疲劳寿命模型和计算方法。
常用的疲劳寿命模型包括Wöhler曲线和Miner准则等。
通过这些模型，可以预测风机在实际工作中的疲劳寿命，并进行疲劳载荷的评估和优化。
在进行等效疲劳载荷计算时，还需要考虑到风机的安全系数和可靠性要求。
通过合理设置安全系数，可以确保风机在设计寿命内不会发生破坏和事故。
同时，还需要进行可靠性分析，评估风机在不同工作状态下的可靠性水平，并制定相应的维护和保养计划，以确保风机的长期运行和性能稳定。
等效疲劳载荷计算是风电行业中一项重要的技术工作。
通过合理的计算和评估，可以确保风机的运行安全和可靠性，从而推动风电产业的发展并促进清洁能源的利用。
让我们共同努力，为构建美丽家园做出贡献。
酒泉风电基地风况变化对风力发电的影响
酒泉风电基地风况变化对风力发电
的影响
酒泉风电基地是我国最大的风电基地之一，位于甘肃省酒泉市敦煌市和玉门市境内，总装机容量达到了500万千瓦。
酒泉风电基地的优越地理条件和丰富的风资源，使其成为中国风电产业的龙头之一。
然而，基地内部的风况波动也会对风力发电产生影响。
风力发电是利用风能驱动风力机转动，从而发电的一种发电方式。
风力机转动的速度和转动的时间越长，其利用风能发电的效率越高。
由于风的波动和风向的改变，风力机的转动速度难以保持稳定，所以风速和风向的变化对其发电效率有重要影响。
酒泉风电基地处于内陆干旱区域，夏季气温高，空气干燥，干旱少雨是其气候特点。
同时，由于当地地势高低落差大，草原地形复杂，自然条件十分恶劣，使得基地内部的风况变化十分明显。
在酒泉风电基地，由于地形等各种因素的影响，风向和风速常常处于变化之中。
这就需要科学地优化风电机组的布局，同时加强实时监测，不断调整风电机组的叶片角度和转速，最大限度地利用风的能量，确保发电效率和稳定性。
此外，针对基地的风况变化，也需要在风力发电的设计中考虑到大风等恶劣天气的情况，提高风机组的抗风能力。
将抢险预警机制贯穿
于风电场建设全过程，并强化巡视检查等管控手段，进一步提高风电场的安全可靠性。
总的来说，风况变化对风力发电的影响十分显著，而酒泉风电基地的地理条件更是增加了这种影响。
为了建设高效稳定的风电场，需要关注当地的气象环境及地形状况，并严格控制风电机组的品质和工艺，不断改进设计和技术，为我国的绿色能源提供更稳定可靠的支持。
低风速环境下风力发电叶片的疲劳寿命评估与预测
低风速环境下风力发电叶片的疲劳寿命评估与预测随着清洁能源需求的不断增加，风力发电逐渐成为主要的可再生能源之一。
在风力发电系统中，叶片是最关键的组成部分之一，其质量和性能直接影响着整个系统的运行效率和可靠性。
然而，低风速环境下风力发电叶片的疲劳寿命评估与预测成为一个重要的挑战。
低风速环境下，风力发电叶片的运行状态与常规高风速环境下存在明显的差异。
在低风速条件下，风力发电机组需要经过更长时间才能达到额定功率输出，这意味着叶片会长时间处于部分负载或低负载运行状态。
这种运行状态对叶片材料的疲劳寿命造成了更大的影响。
叶片的疲劳寿命评估与预测是通过定量分析叶片在长期低负荷工作条件下的疲劳损伤程度，从而确定其可靠性和使用寿命。
评估和预测叶片疲劳寿命的主要方法包括有限元分析、试验研究和统计分析。
有限元分析是常用的方法之一，通过建立叶片的数值模型，模拟不同工况下的应力和应变分布，进而预测叶片的疲劳寿命。
该方法能够较为精细地描述叶片的力学特性，对于叶片结构的优化设计提供了有力的支持。
然而，有限元分析需要大量的计算资源和专业知识，对于叶片结构的复杂性和非线性特性的处理也存在一定的挑战。
试验研究是评估叶片疲劳寿命的重要手段之一。
通过搭建试验台架和风洞实验，可以模拟低风速环境下叶片的工作状态，测量和记录叶片的应力和位移变化。
根据实验数据，结合材料疲劳性能指标，可以定量评估叶片在低风速工况下的疲劳寿命。
试验研究不仅可以验证有限元分析结果的准确性，还可以获取更直接、真实的疲劳性能数据。
然而，试验研究需要大量时间和成本，并且可能受到实验条件的限制，无法覆盖所有低风速工况下的情况。
统计分析是预测叶片疲劳寿命的常用方法之一。
通过分析大量风力发电机组的运行数据，建立叶片的剩余寿命模型，预测叶片在低风速环境下的疲劳寿命。
统计方法可以考虑诸多因素，如叶片材料、结构设计、风速变化等，全面评估叶片的寿命状态。
然而，统计分析方法的准确性受到数据质量和样本数量的限制，并且需要不断修正和验证模型以提高预测准确度。
高原型风力发电用齿轮箱的结构疲劳强度分析
高原型风力发电用齿轮箱的结构疲劳强度分析引言：随着可再生能源的快速发展，风力发电成为清洁能源领域的重要代表之一。
在高原地区，由于气象条件的特殊性，如低气压、低温、大气稀薄等因素，风力发电的工作环境相较平原地区更为恶劣。
因此，针对高原型风力发电用齿轮箱的结构疲劳强度进行分析与研究具有重要的意义。
一、高原气候环境影响下的特殊工况1. 低气压与低温：高原地区的气温较低，常年低温可能导致齿轮内部温度异常升高，引发结构疲劳。
2. 大气稀薄：高原地区的气压较低，大气稀薄会导致风力发电机的输出功率下降，进而增加齿轮箱的工作负荷，增大疲劳破坏的风险。
3. 高原地形：高原地区的地形复杂多变，时而山脉起伏，时而无险巅峰。
这种特殊地形将给齿轮箱的设计和运行带来不小的挑战。
二、高原型风力发电用齿轮箱结构疲劳强度分析方法1. 物理试验方法：通过在实际高原环境条件下进行完整的齿轮箱工作试验，获取疲劳强度指标。
2. 数值计算方法：利用计算机软件进行模拟，采用有限元方法对高原型风力发电用齿轮箱进行结构疲劳分析。
3. 结构优化方法：通过结构优化方法对齿轮箱进行改进设计，提高其在高原环境下的疲劳强度。
三、高原型风力发电用齿轮箱结构疲劳强度分析的关键问题1. 高原地区的气候环境变化：对于风力发电场所在地高原地区的气候环境变化特点，需要进行全面的分析，确定关键影响因素。
2. 高原地区的工况载荷：针对高原地区不同海拔、不同气象条件下的实际工况载荷进行监测和分析，以保证结构疲劳分析的准确性。
3. 组合载荷作用：高原地区的复杂地形条件会导致风力发电机承受多种组合载荷作用，这些载荷作用将直接影响到齿轮箱的结构疲劳强度。
四、结构疲劳强度分析的主要研究内容1. 齿轮箱的结构设计：通过合理的结构设计，提高高原型风力发电用齿轮箱的承载能力和疲劳寿命。
2. 疲劳寿命预测：通过疲劳寿命预测模型，对高原型风力发电用齿轮箱的寿命进行准确预测。
3. 疲劳损伤评估：通过评估高原型风力发电用齿轮箱的疲劳损伤情况，找出可能出现的问题，并提出相应的改进措施。
论风电场风力发电机组选型
论风电场风力发电机组选型摘要：风电场建设中风力发电机组设备的投资在建设投资中占有相当大的比重，因此，风力发电机组选型是风电场建设至关重要的问题。
风力发电机组选型的合适与否直接关系到项目的投资效益，甚至关系到项目投资的成败。
因此，优选出技术经济条件最好的风力发电机组是构成一个优秀风电场的基础。
关键词：风力发电机组；选型；技术经济目前风电场风力发电机组选型的思路和步骤大致如下：第一，根据风电场主要风况参数，确定风电机组安全等级；第二，根据风电机组安全等级、机型成熟度、单机容量等，初步选定若干机型；第三，进行不同风电机组生产企业、不同单机容量的技术经济比选，最终确定适宜机型；第四，针对选定机型，进行不同轮毂高度比选，确定最佳轮毂高度。
1确定风电机组安全等级如果风电机组安全等级确定过高，会造成风能资源利用的浪费，而如果定的过低，则会影响风电机组的安全和寿命。
风电机组安全等级主要通过分析平均风速、50年一遇10min最大风速、湍流强度三项参数来确定。
（1）年平均风速年平均风速的大小将主要影响风力发电机组的疲劳载荷。
机组选型时，应采用多个软件进行风电场的风速模拟，并进行相互对比；同时，在补图和多塔利用的基础上，考虑周围风电场的风机点位，将其加入模型中进行计算，来综合确定风电场各机位处的风速大小。
（2）50年一遇10min最大风速受极端气候因素影响，有些年份会出现极端风况，其风速远远大于正常的风速，将可能带来破坏性影响。
在风力发电机组选型过程中，最大风速是必须考虑的因素。
首先，我们根据测风塔实测数据，通过采用相应方法，推算出了各测风塔处高层的50年一遇最大或极大风速，从而对整个风电场的极端风速有一个整体掌握。
测风塔处50年一遇最大风速计算主要采用以下方法：a.采用附近气象站的长期历年最大风速资料进行频率计算，并通过风电场现场实测资料与气象站资料的相关关系推算风电场的50年一遇最大或极大风速。
b.利用WindPRO进行50年一遇极大风速计算。
高原地区湍流对风电机组的影响研究
高原地区湍流对风电机组的影响研究摘要：我国风能资源丰富的北部、西北地区,大部分为高原环境,近年来在云南地区进行开发的风电场海拔都比较高。
根据国内风力发电机组GBT20626.12006的标准,当海拔高度超过1000米时,就需要考虑高海拔气候环境变化对风力发电机组带来的影响。
研究高原地区湍流对风电机组性能和载荷的影响是非常有必要的。
基于此，本文主要对高原地区湍流对风电机组的影响进行分析探讨。
关键词：高原地区湍流；风电机组；影响研究1、前言在我国高原地区，风电场地面障碍物较多，地形起伏大导致地表粗糙度较大，气流由于受到障碍物、地形地貌的影响，湍流强度也较大；同时在加上风电机组的重力载荷、惯性载荷，使得机组的发电能力和所受载荷情况影响都很大。
为了保证风电机组的稳定运行，在机组载荷设计和风电场选址过程中需要重点考虑湍流的影响。
2、湍流对风电机组发电量的影响2.1风电机组有功输出曲线风电机组是将风能转化为机械能，再通过发电机将机械能转化为电能，目前风电场中大部分风电机组，其有功输出曲线表达式如下所示：其中，VS为风电机组启动风速；Vr为风电机组额定风速；Ve为风电机组极限风速；Pr为风电机组额定功率；P(V)为风电机组实时功率。
当风速小于启动风速或者大于极限风速时，风电机组不发电；当风速大于额定风速小于极限风速时，风电机组输出额定功率；当风速大于启动风速小于额定风速时，风电机组输出实时功率。
2.2湍流对风电机组有功输出的影响根据风电机组有功输出曲线，湍流影响风电机组的有功输出主要是风速大于启动风机小于额定风速之间(VS≤V≤Vr)，因为湍流强度是随着风速的增大而变小，所以对于风速大于额定风速的区间，湍流影响较小。
图1是高原山区某风电场4#机组最近半年的实际功率曲线与标准功率曲线对比图，从图中可以看出风电机组在风速大于5m/s,小于10m/s区间段（5m/s≤V≤10m/s，标黄部分）实际功率曲线明显低于标准曲线，而且当风速大于额定风速时，风电机组的满足标准功率曲线的要求。
湍流强度对风力发电机疲劳载荷的影响分析
湍流强度对风力发电机疲劳载荷的影响分析作者：廖丹来源：《商品与质量·消费视点》2013年第06期摘要：为了分析风场湍流强度对风力发电机载荷的影响，我们利用Bladed软件对软件自带的Demo模型进行了不同湍流强度下各部件的疲劳载荷计算，其结果为风力发电机的设计研发提供了一定的参考依据。
关键词：湍流强度；Bladed软件；疲劳载荷计算一、前言随着科技的不断发展，各行各业对能源的需求量越来越大，矿石燃料已经不能满足人们生产生活的需要。
风能、太阳能、潮汐能等新新能源已经越来越受到重视。
2006年国家气候中心对我国风能资源进行了评价，得出：在不考虑青藏高原的情况下，全国陆地上离地面10m 高度层风能资源技术可开发量为25.48亿kW。
风能是一种清洁的再生能源，分布在我国的广泛地区，为我国的能源需求提供了强有力的补充[1]。
风力发电机组是通过风能带动叶片转动，并将叶片的动能转化为电能。
风机的湍流强度一般是由地形引起的湍流和风机产生的尾流来决定。
风场的湍流强度对风力发电机的载荷、发电量、振动等性能都有着很大的影响。
本文以Bladed软件自带的demo模型为例，通过对不同湍流强度下各主要部件截面的等效疲劳载荷计算，分析湍流强度对风机载荷的影响。
二、湍流的定义湍流是指在短时间内的风速变化。
湍流产生的原因主要有两个：一个是，由于地形的变化造成的空气在流动过程中与地表的摩擦；另一个是由于空气密度差异和气温变化的热效应是的空气团垂直运动。
这两种作用相互关联，互相影响，产生了空气的这种复杂的流动[2]。
湍流强度也称湍流密度，是对湍流总体水平的度量，定义为：试中，为风速U相对于平均风速的标准方差。
湍流强度由地表的粗糙度及高度，以及地貌特征决定。
在IEC、GL等风机设计标准中，一般根据湍流强度将风机的设计等级分类。
表1中，列出了IEC61400-1中的风机设计等级。
可以看出，根据湍流强度的不同，风机分为A、B、C三类[4]。
湍流强度分布对风电机组疲劳载荷的影响研究
湍流强度分布对风电机组疲劳载荷的影响研究
高俊云
【期刊名称】《机械工程与自动化》
【年(卷),期】2024()3
【摘要】湍流强度是风电机组的主要设计参数之一,对风电机组设计载荷有直接影响。
结合IEC 61400-1第4版对湍流强度及其分布参数计算方法进行介绍,分析了湍流强度对疲劳载荷的影响。
按照等概率分布方式,对不同区间数对应的等效疲劳载荷进行了仿真计算和对比。
计算结果表明,采用湍流强度分布计算方法可以显著降低机组设计疲劳载荷。
结合主轴疲劳计算结果,说明了这一方法的有效性。
【总页数】3页(P38-40)
【作者】高俊云
【作者单位】太原重工股份有限公司技术中心
【正文语种】中文
【中图分类】TK83
【相关文献】
1.湍流强度对风电机组疲劳等效载荷的影响
2.湍流强度对风电机组动力学特性及载荷的影响
3.横向湍流对风电机组载荷影响及其实测值研究
4.分段湍流设计风电机组疲劳载荷的合理性研究
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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。
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。
变风速条件下风力发电机输入载荷及其影响因素
变风速条件下风力发电机输入载荷及其影响因素摘要：外部载荷变化是导致风力发电机传动系统部件疲劳破坏的直接原因，因此，近年来研究时变外载下风电传动系统的动态特性得到了越来越多的关注。
本文首先对变风速进行了模拟，然后计算了变风速下风轮叶片载荷，最后探讨了变风速条件下风力发电机输入载荷的影响因素。
关键词：变风速；风力发电机；输入载荷；风轮叶片一、变风速的模拟自然风是风电传动系统输入端的决定因素，因此模拟风速使其尽可能接近自然风特性，对风电传动系统动态特性研究的准确性具有重要意义。
大量实测记录表明，风速可看作平均风速和脉动风速两部分组成。
（一）平均风速大气边界层内平均风速的变化常用对数或指数函数来表达，分别如下：指数律比对数律计算简便，且两者差别不明显，因此选用指数律函数描述平均风速。
（二）AR脉动时程当前，国内外对风速时程进行数值模拟的主要方法有谐波叠加法和线性滤波法。
线性滤波法计算速度快，且可考虑时间相关性，近年来得到广泛的应用。
常用的线性滤波法有AR自回归模型、MA滑动平均模型及ARMA自回归滑动平均模型。
大量文献研究认为，阶数对于结果的影响很小，因此本文选用AR模型模拟脉动风速时程。
M个点空间相关脉动风速时程的AR模型表示：某时刻风速等于之前各时刻风速的线性组合加上一个独立随机过程向量。
根据目前现有对脉动风速时程的模拟进行描述的文献可知，模拟脉动风速的关键在于自谱密度函数的选取。
脉动风速功率谱主要反映脉动风中各种频率成分对应的能量分布规律，按是否考虑湍流积分尺度随高度的变化分两大类：一类是不考虑湍流积分尺度随高度的变化如Daven－port谱、Harris谱，另一类是考虑湍流积分尺度随高度的变化，如Kaimal谱、von Karman谱。
由于ＭＷ级风电发电机的轮毂比较高，因此本文采用考虑随高度变化影响的脉动风速功率谱von Karman谱，其表达式如下：式中：F、M、P分别是风力发电机传动系输入轴的推力、扭矩和功率；V1为短时时间间隔内的恒定风速。
低风速环境下风力发电叶片的振动与疲劳分析
低风速环境下风力发电叶片的振动与疲劳分析随着全球能源需求的增长和环境保护的要求，风力发电作为一种清洁能源形式得到了广泛应用和发展。
在风力发电系统中，风力发电叶片是转换风能为机械能的重要组成部分。
然而，在低风速环境下，风力发电叶片的振动与疲劳问题成为了制约其可靠性和寿命的重要因素。
本文将重点讨论低风速环境下风力发电叶片的振动与疲劳分析方法以及相关的解决方案。
首先，振动分析是研究低风速环境下风力发电叶片振动特性的重要手段之一。
振动可以导致风力发电叶片的疲劳损伤和断裂，因此准确评估风力发电叶片的振动情况对提高其可靠性和寿命至关重要。
振动分析需要考虑叶片的固有振动频率、模态形状以及外界激励等因素。
通常使用有限元方法来建立风力发电叶片的振动模型，采用数值仿真技术进行振动响应的计算。
同时，通过实验测量和信号处理技术获取实际的叶片振动数据，与仿真结果进行对比验证，以验证模型的准确性。
其次，疲劳分析是研究低风速环境下风力发电叶片疲劳寿命的重要方法。
由于低风速环境下叶片的振动相对较小，疲劳寿命往往是限制风力发电叶片寿命的主要因素之一。
疲劳分析是通过建立叶片的应力场和应力历程，采用疲劳理论和寿命预测方法来评估叶片的疲劳寿命。
一般采用有限元方法进行应力分析，考虑到风荷载、旋转运动、惯性力和离心力等因素的综合作用。
根据材料的疲劳性能和叶片的应力历程，可以得出叶片的疲劳损伤指标，从而预测叶片疲劳寿命的可靠性。
另外，为了减小低风速环境下风力发电叶片的振动和延长其疲劳寿命，许多解决方案被提出。
一种常见的做法是改变叶片的结构设计，通过改变叶片的形状、增加刚度、减小质量等方式，来改善其振动特性。
另外，通过安装振动减震器、调整叶片角度或增加阻尼材料等方式也可以有效减小叶片的振动。
此外，优化风力发电机组的控制策略，如调整叶片的转动速度、角度和功率输出等，也可以减小叶片的振动和疲劳损伤。
在实际工程中，这些解决方案可以结合使用，以达到最佳的振动控制效果和疲劳寿命提升效果。
不同风况条件对风力发电机组等效疲劳载荷的影响
NTM
NTM
由表 3 和图 2 可知，随着空气密度的增加，叶根 MX、轮
毂 MX 和偏航 MX 等效疲劳载荷基本不变，其他几个主要载荷分
vin~vout
时等效疲劳载荷增大了 15%~28%，其中塔底 MY 增加最多，其
次是塔底MX，其他几个载荷分量的增加量比较接近。
表3
故障
小于 0.7vref
载荷分量
空转
注：DLC 为设计载荷状态；NTM 为正常湍流模型；NWP 为
叶根
正常风廓线模型。
坐标系
2 仿真结果与分析
基于计算条件，采用 Bladed 4.3 软件计算疲劳工况，然后
采用雨流计算得到各风况条件下的各关键载荷分量的等效疲
劳载荷。
旋转轮毂
坐标系
偏航
2.1 不同空气密度对机组等效疲劳载荷的影响
基于相同的湍流强度 （Iref=0.12） 和平均风速 （6 m/s），
基金项目：国家重点研发计划资助项目 （编号：2018YFB0904005）
收稿日期：2020－05－28
·114·
刘
为，等：不同风况条件对风力发电机组等效疲劳载荷的影响
图1
6 种载荷坐标系
0.16；平均风速为 5 m/s、6 m/s、7 m/s、8 m/s、9 m/s。
基于以上条件分析不同风况条件对大型风力发电机组的
由表 4 与图 3 可以发现，叶根 MX 的等效疲劳载荷不随湍
载荷分量
流强度变化而变化，其主要受叶根的重力矩影响；其他几个
主要载荷分量均程增大趋势，且近似线性增加。不同分量增
叶根 MX
叶根
大幅度略有不同。从图中可以发现随着湍流强度的增加，根
叶根 MY
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论不同风况对风电机组疲劳载荷的影响
发表时间：2018-04-11T15:37:41.073Z 来源：《电力设备》2017年第32期作者：王青磊[导读] 摘要：风力发电机组总体载荷计算评估是风力机设计以及风电场风机选型中的一项重要工作，特别是对于大型MW级风机，其意义更为重大。
(国家电投集团湖北绿动新能源有限公司湖北武汉 430071) 摘要：风力发电机组总体载荷计算评估是风力机设计以及风电场风机选型中的一项重要工作，特别是对于大型MW级风机，其意义更为重大。
风机载荷计算评估包括极限载荷评估和疲劳载荷评估。
从计算角度分析，影响风机疲劳载荷的主要因素包括风电场的湍流强度，空气密度以及年平均风速等相关风况气象参数。
本文通过总体载荷计算，对影响风机疲劳载荷的主要工况进行载荷计算以及疲劳分析，给
出规律性的结论，为以后的风机设计，风机选型等相关问题提供理论基础以及经验总结。
关键词：不同风况，疲劳载荷，动量-叶素理论风电场的开发是一个资金庞大，周期较长的项目，而整个风电场的主要设备是风力发电机组。
所以，我们必须对风力发电机组的安全性和可靠性做一个科学规范的计算校核。
需要对特殊地形造成的特殊风况进行疲劳载荷分析和总结，做成自己的数据库，对不同风电场进行载荷评估。
一、风机总体载荷计算理论基础
1.1、风机气动载荷
目前计算风力发电机的气动载荷有动量-叶素理论、CFD等方法。
动量-叶素理论是将风轮叶片沿展向分成许多微段，称这些微段为叶素，在每个叶素上的流动相互之间没有干扰，叶素可以认为是二元翼型，在这些微段上运用动量理论求出作用在每个叶素上的力和力矩，然后沿叶片展向积分，进而求得作用在整个风轮上的力和力矩，算得旋翼的升力和功率。
动量-叶素理论形式比较简单，计算量小，便于工程应用，估算机组初始设计时整机的气动性能，被广泛用于风力机的设计和性能计算，而且还用来确定风力机的动态载荷，不断地被进一步改进和完善。
为此在计算中应用动量-叶素理论方法来计算风机的气动载荷。
1.2、动量理论
动量理论是经典的风力机空气动力学理论。
风轮的作用是将风的动能转换成机械能，分不考虑风轮后尾流旋转和考虑风轮后尾流旋转两种情况应用动量理论。
1.3、叶素理论
叶素理论的基本出发点是将风轮叶片沿展向分成许多微段，称这些微段为叶素，在每个叶素上的流动相互之间没有干扰，叶素可以认为是二元翼型，将作用在每个叶素上的力和力矩沿展向积分，求得作用在风轮上的力和力矩。
1.4、动量─叶素理论
为了计算风力机性能，必须计算风轮旋转面中的轴向诱导因子和周向诱导因子，这就需要用到动量─叶素理论。
由动量理论和叶素理论通过迭代方法可以求出轴向诱导因子和周向诱导因子。
1.5、雨流技术基本计数规则
1）雨流依次从载荷时间历程的峰值位置的内侧沿着斜坡往下流；（2）雨流从某一个峰值点开始流动，当遇到比其起始峰值更大的峰值时要停止流动；（3）雨流遇到上面流下的雨流时，必须停止流动；（4）取出所有的全循环，记下每个循环的幅度；（5）将第一阶段计数后剩下的发散收敛载荷时间历程等效为一个收敛发散型的载荷时间历程，进行第二阶段的雨流计数。
计数循环的总数等于两个计数阶段的计数循环之和。
二、疲劳载荷评估
风机的疲劳载荷主要是由于外部风电场的气象风况条件决定的，主要由湍流强度，风场的空气密度，以及风电场的年平均风速决定的。
我们通过叶素动量理论进行工程分析以及和模拟软件相结合，对疲劳工况进行分析。
我们模拟所使用的模拟软件为GH Bladed软件，主要是用于水平轴风机载荷计算以及风机性能分析。
主要包括风机的初步设计，风机的详细设计以及零部件设计，风机型式认证。
在风机输入参数中，有风机的气动和结构参数，传动链和电气系统，传感器系统和制动系统，控制和安全系统等；外部条件输入包括风况输入，波浪和洋流，地震，风机故障，电气和电网扰动等；风机的稳态特性，主要包括气动信息，系数性能，稳态功率曲线，稳态运行载荷以及稳态停机载荷等；动态模拟风机的特性，包括正常运行，启动，紧急停机，正常停机，空转，静止等。
GH Bladed软件的主要通过水平轴空气动力学动量理论，叶素理论，叶素-动量理论等基本理论，结合风机的气动特性，以及叶尖轮毂损失，塔影模型，动态失速，尾流等修正，迭代计算出风轮的轴向和周向的入流因子，从而计算出风机的各位置载荷。
通过测试，GH Bladed软件计算结果和在风电场实际运行的数据相当吻合。
选用某公司117-2000-85型的风机为研究对象,风机模型不变,控制系统不更改的情况下,分别从风电场不同的湍流强度,不同的空气密度以及不同的年平均风速的情况下,分别对风机关键截面的等效疲劳载荷进行对比分析,试图找到规律,为以后设计风机以及风机的快速选型打好良好的理论基础.
2.1不同湍流强度下疲劳载荷分析
选用某公司117-2000-85型的风机,空气密度为标准的空气密度1.225kg/m3，年平均风为6.5m/s，湍流强度选取位0.1，0.14，，0.18的情况进行载荷计算以及雨流技术统计，选取叶根处载荷（m=10）以及塔筒底部载荷(m=4)进行比较。
计算结果详见下图表：表2.1 叶根不同湍流强度的疲劳载荷以及对比。