风力发电机组载荷计算
风力发电机整机性能评估与载荷计算的研究
三、研究展望
随着风力发电技术的不断发展，对风力发电机整机性能评估和载荷计算的研究 也将持续深入。未来研究可以下几个方面：
1、性能评估模型的优化：为了更准确、全面地评估风力发电机的性能，需要 进一步优化性能评估模型，考虑更多影响因素，提高评估精度。
2、载荷计算的精细化：针对不同地区、不同型号的风力发电机，开展更为精 细化的载荷计算，以适应不同环境下的运行需求。
3、维护保养优化：定期对风力发电机进行维护保养可以确保其正常运行，延 长使用寿命。优化维护保养方案可以提高维护效率，减少维护成本。
三、结论
风力发电机性能的优化对于提高风能利用率、降低能源成本、减少环境污染等 方面具有重要意义。通过叶片设计优化、控制系统优化和维护保养优化等措施， 可以实现风力发电机性能的全面提升，为可再生能源的发展提供更好的技术支 持。
1、风载计算
风载是风力发电机运行过程中所承受的主要载荷。风载计算主要是根据风速、 风向等气象数据，结合风力发电机的外形尺寸、迎风面积等参数，计算出风力 发电机所承受的风载。
2、疲劳载荷计算
疲劳载荷是由于风力发电机在运行过程中，反复承受风载、转速等因素引起的 交变应力而产生的。疲劳载荷计算主要是通过分析风力发电机的运行特性和结 构特性，结合疲劳试验数据，计算出风力发电机的疲劳载荷。
二、风力发电机性能优化的措施
1、叶片设计优化：叶片是风力发电机的重要组成部分，其设计对于风能利用 率和发电效率具有重要影响。优化叶片设计可以提高叶片的捕风能力，从而提 高风能利用率和发电效率。
2、控制系统优化：控制系统是风力发电机的关键部分，其性能直接影响风力 发电机的运行效率和稳定性。优化控制系统可以提高风力发电机的响应速度和 稳定性，减少能源损失。
风力发电机组的载荷特征及计算
还 有 适 用 于 海 上 风 力 发 电 机 组 的 标 准 和 规 范 ，如 ：
收 稿 日 期 ：２０１２－０１－０５； 修 回 日 期 ：２０１２－０１－１２ 作者简介：高俊云 （１９６５－），男，山西晋中人，教授级高级工程师，硕士，研究方向：机械动态测试与分 析、 机 械 故 障 诊 断 及 风 力 发 电 机 组 计 算
图 ３ ＧＨ Ｂｌａｄｅｄ 软 件 菜 单 模 块 和 计 算 模 块
（下 转 第 ２０８ 页 ）
· ２０８ ·
机 械 工 程 与 自 动 化 ２０１２年第３期
得到了广泛应用。该工艺通过涂覆金属表面来提高表 面的抗磨和耐蚀性。香海热电厂锅炉超音速电弧喷涂 ＳＣＺ３６涂层水冷壁管经 过 长 期 运 行，外 观 检 查 涂 层 完 好 ，未 见 裂 纹 、脱 落 和 磨 损 等 宏 观 缺 陷 。
参考文献： ［１］ 王学武．金属表面处理技术［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００９． ［２］ 金国，徐滨 士，王 海 斗，等．电 热 爆 炸 喷 涂 ＷＣ／Ｃｏ涂 层 组
织 和 性 能 研 究 ［Ｊ］．金 属 热 处 理 ，２００６，３１（２）：２３－２６． ［３］ 刘东雨，熊建，候世香，等．电 热 爆 炸 喷 原 位 合 成 Ｆｅ－Ａｌ系
（２）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。 载 荷 计 算
报告是风力发电机组认证必须提交和确认的文件。 风力发电机组作为一个复杂的系统，子系统之间相
风力发电机叶片等效载荷计算及载荷谱分析
风力发电机叶片等效载荷计算及载荷谱分析米良;聂国林;程珩【摘要】风力发电机叶片部位通常受到随机变幅载荷的作用,所受随机载荷的随机性和无序性给载荷数据的处理带来了很大的困难.当前的数据处理方法通常是将随机变幅载荷转化为等效恒幅载荷进行分析,但由于其未能考虑低于疲劳极限的载荷对疲劳损伤所产生的影响故而会产生较大误差.针对上述问题,提出一种基于模糊理论的等效载荷计算方法,引入恰当的隶属函数,充分考虑低于疲劳极限的载荷对疲劳损伤所造成的影响,更加符合实际情况,以期提高等效载荷的计算精度.%The blade of wind turbine is usually subjected to random variable amplitudeload,which makes it difficult to process the load data.The current data processing method usually transforms the random load into equivalent constant amplitude load to reduce the data processingcapacity.However,the current method of equivalent load calculation fails to take into account the influence on the fatigue life made by the stress amplhude below the convention fatigue limit.So there is a large error in the equivalent load calculation by the current method.In view of the problems above,It properly considers the effects on fatigue life caused by load stress amplitude below the fatigue limit and presents a method of equivalent toad calculation by introducing the appropriate membership function based on fuzzy theory,which is more close to the actual situation.Thus improves the accuracy of the equivalent load calculation.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2017(000)003【总页数】3页(P141-143)【关键词】模糊理论;等效载荷;隶属函数;程序载荷谱【作者】米良;聂国林;程珩【作者单位】太原理工大学新型传感器与智能控制教育部与山西省重点实验室,山西太原030024;太原理工大学新型传感器与智能控制教育部与山西省重点实验室,山西太原030024;太原理工大学新型传感器与智能控制教育部与山西省重点实验室,山西太原030024【正文语种】中文【中图分类】TH16;TK83风力发电机叶片是风电机系统中的重要工作部件，承载了主要的风力载荷，最容易发生疲劳破坏。
风力机组气动特性分析与载荷计算-1
目录1前言错误!未定义书签。
2风轮气动载荷............................................... 错误!未定义书签。
2.1动量理论.................................................................................................. 错误!未定义书签。
2.1.1不考虑风轮后尾流旋转 .................................................................. 错误!未定义书签。
2.1.2考虑风轮后尾流旋转...................................................................... 错误!未定义书签。
2.2叶素理论.................................................................................................. 错误!未定义书签。
2.3动量──叶素理论.................................................................................. 错误!未定义书签。
2.4叶片梢部损失和根部损失修正 .............................................................. 错误!未定义书签。
2.5塔影效果.................................................................................................. 错误!未定义书签。
2.6偏斜气流修正.......................................................................................... 错误!未定义书签。
风力发电机功率计算公式
风力发电机功率计算公式风力发电机的功率计算公式可不是个简单的玩意儿，这玩意儿对于理解风力发电的效率和能力那可是相当重要。
咱先来说说这个公式到底是啥。
一般来说，风力发电机的功率 P 可以用下面这个公式来计算：P = 0.5 × ρ × A × V³ × Cp 。
这里面的ρ 是空气密度，A 是风轮扫掠面积，V 是风速，Cp 则是风能利用系数。
那这些个东西到底是啥意思呢？咱一个一个来瞅瞅。
空气密度ρ 呢，这就好比一群人挤在一个房间里，人越多就越挤，空气密度越大，风的“力量”也就相对越大。
空气密度会受到温度、压力和湿度这些因素的影响。
比如说在大夏天特别闷热的时候，空气好像都变得“沉甸甸”的，这时候空气密度就可能会有点变化。
风轮扫掠面积 A 呢，想象一下一个大圆盘在风中转啊转，这个圆盘的大小就决定了它能“接住”多少风。
圆盘越大，能抓到的风就越多，产生的功率也就可能越大。
风速 V 就好理解多啦，风刮得越快，带来的能量自然就越大。
就像你骑自行车，顺风的时候风越大，你蹬起来就越省力，速度也能更快。
最后这个风能利用系数 Cp 有点复杂，它反映了风力发电机把风能转化为电能的效率。
这可不是个固定不变的数，它受到风机的设计、叶片的形状和转速等好多因素的影响。
我记得有一次去一个风力发电场参观，那一个个巨大的风力发电机矗立在广阔的原野上，呼呼地转着，特别壮观。
当时我就特别好奇，这些大家伙到底能发多少电呢？工作人员就给我讲了这个功率计算公式，还带着我实地看了一些数据。
比如说，他们测到当时的风速是每秒 10 米，空气密度因为当地的气候条件大概是 1.2 千克每立方米，风机的风轮直径是 80 米。
然后通过计算，就能大概知道这台风机在当时的情况下能产生多少功率的电了。
不过，要准确计算风力发电机的功率可没那么简单。
实际情况中，还有好多因素会影响到最终的发电效果。
比如说风向的变化、风机的维护情况，甚至周围的地形和建筑物都会对风产生干扰。
风电机组载荷计算指标
风电机组载荷计算指标
风电机组载荷计算指标可以包括以下几个方面：
1. 功率载荷指标：包括平均功率载荷、峰值功率载荷、功率波动指标等。
平均功率载荷指标可以衡量风电机组在一段时间内的平均负荷水平，峰值功率载荷可以衡量风电机组在最大负荷条件下的承载能力，功率波动指标可以衡量风电机组在工作过程中的功率变化情况。
2. 轮毂载荷指标：包括轮毂挥舞角、轮毂转矩、轮毂测力计等。
轮毂挥舞角可以描述风电机组叶片在运行过程中的振动情况，轮毂转矩可以衡量叶片受到的转矩作用，轮毂测力计可以测量风电机组轮毂的受力情况。
3. 塔筒载荷指标：包括塔筒振动、塔筒转矩、塔筒测力计等。
塔筒振动可以描述风电机组塔筒在运行过程中的振动情况，塔筒转矩可以衡量塔筒受到的转矩作用，塔筒测力计可以测量风电机组塔筒的受力情况。
4. 叶片载荷指标：包括叶片振动、叶片转矩、叶片测力计等。
叶片振动可以描述风电机组叶片在运行过程中的振动情况，叶片转矩可以衡量叶片受到的转矩作用，叶片测力计可以测量风电机组叶片的受力情况。
这些指标可以通过传感器和监测装置进行监测和测量，以提前发现风电机组载荷异常和故障，并采取相应的维修和保养措施，确保风电机组的安全和可靠运行。
风电 载荷 计算
风电载荷计算
风电载荷计算是指对风力发电机组在不同工作状态下所受到的风载荷进行分析和计算。
风电系统在工作过程中会受到来自风的水平和竖向载荷，这些载荷可能对组件和结构产生一定的影响。
风电载荷计算主要包括以下几个方面：
1. 风能资源评估：通过对风场进行测量和分析，确定不同位置和高度上的风速和风向分布情况，作为风电载荷计算的基础数据。
2. 风机负荷计算：根据风能资源评估结果，结合风机的设计参数和性能曲线，计算风机在不同风速下的受力情况，包括扭矩、转速、风轴力等。
3. 风塔负荷计算：风塔作为风机的支撑结构，承受着风机本体以及叶轮的重力和振动力。
风塔负荷计算应考虑到这些力的影响，以确保风塔的稳定性和安全性。
4. 叶片负荷计算：叶片是风机系统中最容易受到风载荷影响的部件，其受力情况直接影响到叶片的强度和可靠性。
叶片负荷计算需要考虑到风速、风向、叶片角度等因素，并结合叶片的结构特性进行分析。
5. 基础负荷计算：风机的基础承受着风机本体和风塔的重力，同时还要抵抗风场对风塔的推力。
基础负荷计算应该考虑到这
些力的影响，以确保基础的稳固和安全。
总之，风电载荷计算是风力发电系统设计的重要环节，通过合理的计算和分析可以评估风电系统的受力情况，为系统的设计和运行提供可靠的依据。
大型水平轴风力发电机组动态载荷计算方法研究
根据负载情况计算作用在风轮轴上的反转矩。
根据风轮、变速箱、发电机系统的动力平衡确定系统 的旋转加速度、速度以及下一时刻的参考方位角。
有了载荷以后，就可以根据叶片运动方程进行 响应计算。对于弹性响应来说，它会影响叶素的气 动载荷，因此需回到第一步去重新计算。这个过程 重复进行直到弹性响应的精度达到要求。
初始风速为额定风速，在极端连续阵风基础上 同时伴随极端风速变化（ＥＣＤ）情况下正常功率输
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图５ ＤＬＣｌ３风速、侧滑角、桨距角 和转速时厨历程
Ｔｈｅ ｗｉｎｄ ｓｐｅｅｄ，ｓｉｄｅｓｌｉｐ ａｎｇｌｅ ａｎｄ ｐｉｔｃｈ ａｎｇｌｅ ｖｓ．ｓｐｅｅｄ ｔｉｍｅ ｅｏｕｒｓｅ（ＤＬＣ １３）
阻尼采用通用模型——瑞利（Ｒａｙｌｅｉｇｈ）模型描
述，它的主要优点是运动方程的非耦台性。阻尼模
型有形式：
Ｃ—ａＭ＋腿
式中；ｏ，ｐ为模态常数。
文现：在＝设文：卜．。＋ｏ…５（Ｘ ＋Ｘ。）出
Ｘ，＝Ｘ卜址＋０．５（Ｘ卜Ⅱ＋Ｘ。）Ａｔ
—Ｘ卜。＋Ｘ卜．∞出＋０．２５（Ｘ卜。＋Ｘ。）Ａｔ２
（·）为对时间的导数。将它们代入运动方程，并经
整理得
。
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２—Ｆ——ｃ（工—卜—。＋—Ｏ一—５Ｘ丽。血百）一丽戤面Ｘ卜万ｍ＋膏丽卜驴出出—＋—０ ２—５胃卜—。出～２）
其中下标ｆ一出是指￡前～时刻的量。这样就把当 前的加速度与当前的力和前一时刻的位移、速度和 加速度联系起来，以提高迭代计算的收敛性能。
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风力发电机组载荷计算
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发言人：韩炜
2008414
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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
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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。
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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
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）
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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）
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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)
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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）
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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
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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）
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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
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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 北京鉴衡认证中心
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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
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载荷计算结果
B l a d e 1 M x [k N m ] Time [s]
500
1000
1500 0
500 1000 1500 2000
0 50 100 150 200 250 300
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F l a p w i s e
m o m e n t [k N m ] 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
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
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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
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结果输出及分析（疲劳载荷） • 等效疲劳载荷
m
eq i m i eq n n R R / 1 ÷ ÷ ø ö ç ç è æ = å From Eurocode3
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风力发电机组载荷计算 • 疲劳载荷谱
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谢 谢！北京鉴衡认证中心。