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 风力发电机组载荷计算 北京鉴衡认证中心 北京鉴衡认证中心 发言人：发言人：韩炜韩炜 2008414 北京鉴衡认证中心 c 内容概要内容概要 1. 风力发电机组载荷计算目的风力发电机组载荷计算目的 2. 风力发电机组载荷特点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 北京鉴衡认证中心 c 风力发电机组载荷计算目的风力发电机组载荷计算目的 对于设计对于设计：提供强度分析载荷依据：提供强度分析载荷依据，确保各部 确保各部 件承载在设计极限内；优化运行载荷件承载在设计极限内；优化运行载荷，提高机 ，提高机 组可靠性组可靠性。 对于认证对于认证：确保载荷计算应用了适当的方法：确保载荷计算应用了适当的方法， ， 工况假定工况假定全面且符合标准要求，结果全面且符合标准要求，结果真实可靠真实可靠。 北京鉴衡认证中心 c 风力发电机组载荷特点风力发电机组载荷特点 风风 空气动力学空气动力学 叶片动力学叶片动力学 控制控制 传动系统动力学传动系统动力学 电力系统电力系统 塔架动力学塔架动力学 基础基础 北京鉴衡认证中心 c 风力发电机组载荷计算标准风力发电机组载荷计算标准 陆上风机陆上风机：GB18451.1（2001）；）；IEC614001（1999， 2005）；）；GL Guideline2003； 海上风机海上风机：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载荷计算 北京鉴衡认证中心 c 风力发电机组设计等级 风力发电机组设计等级 （IEC614001：1999） 级别 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： 注： V Vrefref：轮毂处参考风速 ：轮毂处参考风速 V Vaveave：轮毂处平均风速 ：轮毂处平均风速 I I1515：风速：风速15m/s时的湍流强度 15m/s时的湍流强度 a: a: 斜度参数斜度参数 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 c 载荷计算使用的坐标系 载荷计算使用的坐标系 （ IEC614001 ：1999 ） ） 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 c 载荷计算的基本要求 载荷计算的基本要求 （IEC614001 ：1999） 在设计计算时，必须考虑下列载荷在设计计算时，必须考虑下列载荷 惯性力和重力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 空气动力学载荷空气动力学载荷 静态和动态力静态和动态力 考虑气动弹性考虑气动弹性 运行载荷运行载荷 控制保护系统的影响、瞬时操作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）第三版：增加了对刹车、摩擦、弹性力范围的要求） 其它载荷其它载荷（波载（波载，尾流载荷，尾流载荷，冲击载荷，冰载） 冲击载荷，冰载） 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 c 载荷计算外部条件载荷计算外部条件 环境条件环境条件 风况（最主要的）风况（最主要的） 其它环境条件（温度、 其它环境条件（温度、 湿度、空气密度、太 湿度、空气密度、太 阳辐射、雨、冰雹、 阳辐射、雨、冰雹、 化学作用物质、机械 化学作用物质、机械 作用颗粒、雷电、地 作用颗粒、雷电、地 震、盐雾） 震、盐雾） 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 c 载荷计算外部条件载荷计算外部条件 电网条件电网条件 电压、频率、电压不平衡电压、频率、电压不平衡 断电（断电（20次次/年，每次最长年，每次最长1周）周） 土壤条件土壤条件(基础相关基础相关) 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 c 载荷计算风况载荷计算风况 常规风况常规风况 风速分布风速分布 常规风廓线模型（常规风廓线模型（NWP） 常规湍流模型（常规湍流模型（NTM） 极限风况极限风况 极端湍流模型（极端湍流模型（ETM） 极端风模型（极端风模型（EWM） 极端操作阵风（极端操作阵风（EOG） 极端方向变化（极端方向变化（EDC） 带方向变化的极端相关阵风（带方向变化的极端相关阵风（ECD） 极端剪切变化模型（极端剪切变化模型（EWS） ） 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 c 载荷计算工况载荷计算工况 启动启动 发电发电 发电和产生故障发电和产生故障 正常关机正常关机 紧急关机紧急关机 停机停机 停机和故障状态停机和故障状态 运输、组装、维护和修理 运输、组装、维护和修理 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 c 故障工况故障工况 所有所有可能发生的单一故障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 必须考虑故障及故障所引发的保护措施可能引起的瞬态 响应响应 适当的外部条件选择（如常规风况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风力发电机组载荷计算 北京鉴衡认证中心 c 载荷工况举例载荷工况举例DLC1.5 风模型风模型 EOG1 风速风速 13m 阵风幅值阵风幅值 8.47m 风向风向 8、0、8 风机状态 风机状态 运行（风轮方位角）运行（风轮方位角） 故障 故障 脱网（脱网时间）脱网（脱网时间） 停机模式 停机模式 紧急停机（桨距角、机械刹车） 紧急停机（桨距角、机械刹车） 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 c 时序仿真概念时序仿真概念 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 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 c 载荷计算常用软件载荷计算常用软件 常用工具常用工具 Bladed for Windows Fast Flex5 Adams Bladed for Windows界面 风力发电机组载荷计算风力发电机组载荷计算 北京鉴衡认证中心 c 载荷计算各因素作用关系载荷计算各因素作用关系 时域风场 时域风场 传动系统特性 传动系统特性 结构属性结构属性（风 （风 轮、塔架等） 轮、塔架等） 气动载荷 气动载荷 空气动力学 空气动力学 结构动力响应 结构动力响应 响应时间序列 响应时间序列 时序分析 时序分析 疲劳载荷 疲劳载荷 极限载荷 极限载荷 控制及保护系统控制及保护系统 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 c 载荷计算结果载荷计算结果 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风力发电机组载荷计算 北京鉴衡认证中心 c 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 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 北京鉴衡认证中心 c 结果输出及分析（结果输出及分析（极限载荷）极限载荷） 极值柱状图极值柱状图 极限载荷表 极限载荷表 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 c 结果输出及分析（结果输出及分析（疲劳载荷）疲劳载荷） 疲劳载荷计算工况 疲劳载荷计算工况 单次时序载荷（单次时序载荷（10min） ） 各工况累计发生次数或时间 各工况累计发生次数或时间 雨流计数法 雨流计数法 等效疲劳载荷 等效疲劳载荷 载荷谱载荷谱 风力发电机组载荷计算风力