风力发电机组载荷计算

北京鉴衡认证中心c风力发电机组载荷计算北京鉴衡认证中心发言人：韩炜 2008­4­14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。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 … Picture from Internet 风力发电机组载荷计算风力发电机组设计等级（IEC61400­1：1999）级别ⅠⅡⅢⅣ S Vref [m/s] 50 42.5 37.5 30 Vave [m/s] 10 8.5 7.5 6 A  I15 [­] 0.18 0.18 0.18 0.18 a  [­] 2 2 2 2 B  I15 [­] 0.16 0.16 0.16 0.16 a  [­] 3 3 3 3 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:斜度参数风力发电机组载荷计算载荷计算使用的坐标系（ IEC61400­1 ：1999 ）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）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）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) 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）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）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）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 – Adams Bladed for Windows界面风力发电机组载荷计算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载荷计算结果 Blade 1 Mx [kNm] Time [s] ­500 ­1000 ­1500 0 500 1000 1500 2000 0 50 100 150 200 250 300 风力发电机组载荷计算 Flapwise moment  [kNm] Time [s] ­200 ­400 0 200 400 600 800 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结果输出及分析（极限载荷） • 极值柱状图 • 极限载荷表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风力发电机组载荷计算结果输出及分析（疲劳载荷） • 等效疲劳载荷 m eq i mi eq n n R R / 1÷÷øöççèæ=åFrom Eurocode3 风力发电机组载荷计算风力发电机组载荷计算 • 疲劳载荷谱谢谢！