大型海上风力发电机组的载荷分析及载荷优化控制方法研究 朱鑫

大型海上风力发电机组的载荷分析及载荷优化控制方法研究

朱鑫

摘要：本文首先从风动载荷与波浪载荷两种典型载荷类型的角度入手，对大型海上风力发电机组的载荷表现进行了分析；其后，围绕风机软切出、分段停机、塔架加阻三个方面，提出了大型海上风力发电机组的载荷优化控制方法。

关键词：海上风力发电机组；安全运行质量；载荷控制

前言：

近几年来，基于陆上风能资源风速弱、风量小、稳定性差等负面特点，我国风力发电行业逐渐将发展眼光落到了海洋领域当中。与陆地环境相比，海洋环境中的自然风储量明显丰富，且质量稳定，具有良好的电能资源转化前景。

1.大型海上风力发电机组的载荷分析

在实际的运行过程中，受到所处海洋环境的影响差异，海上风力发电机组会承载不同的负荷类型，与之相关的载荷结构设计方式也势必存在差异。现阶段，大型海上风力发电机组主要涉及的负荷来源主要有风动、波浪、水流及其结构重力四类，其中又以风动载荷和波浪载荷的影响最大。同时，基于运行环境的特殊性，大型海上风力发电机组的载荷状态具有较强的随机性和波动性特点，对相关人员在相关设计及应用中的安全控制提出了很高要求。据此，为了进一步保证海上风电机组的安全运行质量，我们有必要对不同环境、不同来源下的风电机组载荷情况作出分析：

结论：

综上所述，海上风力发电机组在载荷方面具有负荷来源多、影响范围大等特点，对相关人员的载荷控制工作提出了挑战。据此，通过对海洋环境中各影响因素进行科学分析，实施出分段停机、塔架加阻等手段措施，能有效降低单位时间内波浪、海风等对风力发电机组的载荷影响，保证风力发电机组的安全运行。

参考文献：

[1]张开华，张智伟，陈明亮等.海上漂浮式风力发电机组载荷计算软件特点分析[J].水电与新能源，2017（10）：63-68.

[2]姚兴佳，谢洪放，朱江生等.基于LMI的5MW海上风力发电机组载荷控制技术研究[J].可再生能源，2016，34（01）：44-48.

海上漂浮式风电机组风波载荷计算与分析

海上漂浮式风电机组风波载荷计算与分析随着科技的发展和能源消耗的增加，绿色能源成为人们关注的焦点，风能作为一种清洁可再生的能源，成为大家重视的对象。风能发电是一种将能量转变为有用能源的方法，但目前由于技术问题，这种发电并不能实现稳定的电力供应，因此缩小采用风能发电的问题成为当前的重要任务。 漂浮式风电机组是目前发展最快的风电装置之一，它以海洋环境为特点，具有无基础架设、抗风波载荷能力强等特点。由于海洋环境对漂浮式风电机组的风波载荷有巨大影响，因此精确的计算和分析海上漂浮式风电机组的风波载荷是今后研究中必须解决的问题。 首先，应该正确理解海洋环境中的风波载荷。它是由水的风压应力和浪的动压应力共同作用的结果，其中主要有风压水平力和风压立体力、浪压水平力和浪压立体力四大类载荷。其次，应该采用合理的工程计算方法，建立适应漂浮式风电机组特征的计算模型，分析载荷的水平分布及超载程度，计算漂浮式风电机组的极限力和装置的稳定性，并进行性能分析以判断风速的变化对系统的影响。最后，应该建立计算机数值模拟软件，进行风波载荷的实时监测，以改善漂浮式风电机组的可靠性及系统性能。 此外，要准确掌握海上漂浮式风电机组的风波载荷，也可以考虑采用船舶标准载荷进行分析，并借助相关技术进行风波动力学模拟，通过计算风力载荷对漂浮式风电机组的影响，提出设计优化方案，提高装置的稳定性和可靠性。

因此，准确计算和分析海上漂浮式风电机组的风波载荷，不仅有利于改善发电装置的稳定性，而且还推动了风能发电的发展，受到了广泛的关注。未来，将继续在此方面进行深入研究，尽快把风能发电运用到大范围，实现绿色能源的发展。 总之，通过正确理解海洋环境中的风波载荷，采用合理的工程计算方法，建立适应海上漂浮式风电机组特征的计算模型，分析载荷的水平分布及超载程度，计算漂浮式风电机组的极限力和装置的稳定性，建立计算机数值模拟软件，进行风波载荷的实时监测，通过船舶标准载荷进行分析，进行风波动力学模拟，可以准确掌握海上漂浮式风电机组的风波载荷，改善发电装置的稳定性，促进风能发电的发展。

大型海上风力发电机组的载荷分析及载荷优化控制方法研究 朱鑫

大型海上风力发电机组的载荷分析及载荷优化控制方法研究 朱鑫 摘要：本文首先从风动载荷与波浪载荷两种典型载荷类型的角度入手，对大型海上风力发电机组的载荷表现进行了分析；其后，围绕风机软切出、分段停机、塔架加阻三个方面，提出了大型海上风力发电机组的载荷优化控制方法。 关键词：海上风力发电机组；安全运行质量；载荷控制 前言： 近几年来，基于陆上风能资源风速弱、风量小、稳定性差等负面特点，我国风力发电行业逐渐将发展眼光落到了海洋领域当中。与陆地环境相比，海洋环境中的自然风储量明显丰富，且质量稳定，具有良好的电能资源转化前景。 1.大型海上风力发电机组的载荷分析 在实际的运行过程中，受到所处海洋环境的影响差异，海上风力发电机组会承载不同的负荷类型，与之相关的载荷结构设计方式也势必存在差异。现阶段，大型海上风力发电机组主要涉及的负荷来源主要有风动、波浪、水流及其结构重力四类，其中又以风动载荷和波浪载荷的影响最大。同时，基于运行环境的特殊性，大型海上风力发电机组的载荷状态具有较强的随机性和波动性特点，对相关人员在相关设计及应用中的安全控制提出了很高要求。据此，为了进一步保证海上风电机组的安全运行质量，我们有必要对不同环境、不同来源下的风电机组载荷情况作出分析： 结论： 综上所述，海上风力发电机组在载荷方面具有负荷来源多、影响范围大等特点，对相关人员的载荷控制工作提出了挑战。据此，通过对海洋环境中各影响因素进行科学分析，实施出分段停机、塔架加阻等手段措施，能有效降低单位时间内波浪、海风等对风力发电机组的载荷影响，保证风力发电机组的安全运行。 参考文献： [1]张开华，张智伟，陈明亮等.海上漂浮式风力发电机组载荷计算软件特点分析[J].水电与新能源，2017（10）：63-68. [2]姚兴佳，谢洪放，朱江生等.基于LMI的5MW海上风力发电机组载荷控制技术研究[J].可再生能源，2016，34（01）：44-48.

风力发电机组偏航系统探究与优化

风力发电机组偏航系统探究与优化 摘要：可再生能源的异军突起，风力发电被广泛应用，风力发电机组的容量己普遍达到兆瓦级别，因此风力发电机组的稳定性尤为重要，尤其是偏航系统，偏航系统对风的准确性直接影响机组的发电效率。目前风力发电机组关于风向偏航控制主要是基于风向标进行的控制，而风向标的控制误差值较大，还有风向标控制的相关数据都是非线性的。也就是说在小范围以内，风向标的控制精度较低，影响了风电机组对风能的获取。因此探讨怎样提高对风精度，对进一步增加发电量具有重要意义。所以，偏航控制技术的探究和优化，对改善风能捕捉、确保机组安全使用具有一定现实意义。 1本文的研究意义主要体现 （1）有效缓解风力发电机组在使用中出现运行不稳定的情况； （2）小范围风向变化以内，缓解风向标的控制精度较低的情况，提高对风精度，增加发电量。 （3）改善风能捕捉、确保机组安全使用。 2风电机组的三种控制技术 定桨距控制技术：机组桨叶的桨距角受安装位置等限制保持一个定值，许可的风速变化范围以内，控制系统则不会做出具体控制，技术简化明了。

变桨距控制技术：在机组刚启动运行时就可以实现对转速的跟踪 控制，并网以后实现对功率的跟踪控制，大大改善了机组风机的启动 特性以及功率变化情况。 变速恒频技术：跟踪控制机组的转速和功率，而直接以采集到的 风速信号为机组控制的输入量来跟踪变化，当机组在额定风速以下运 行时，可以达到最优功率变化的跟踪控制，这样可以保证风电机组获 得最大的风能资源，提高风能利用率；当机组在额定风速以上运行时，变速控制可以使得控制系统更具有柔性，进而确保系统输出稳定的功率。 3偏航系统概述 1.偏航系统。风力发电机组要在最佳的载荷情况下最大限度的捕获风能，输出较多的电量，必须要保证机组在安全的环境下正常稳定地运 转工作，在风力发电机组控制系统研究时，变桨的动作和发电机的转 速相关，而风向的特性和偏航系统相关，偏航系统的控制是通过风向 标实现的。 利用风向标传感器来监测风的方向，偏航控制器通过采集监测到 的风信号，并分析判断风信号和风轮轴向之间的偏移角度，然后输出 偏航控制信号，从而带动机组将叶轮的轴向和风向位置调整到同一位 置上，进而实现对风目的。

变速变桨风力发电机组的桨距控制及载荷优化

变速变桨风力发电机组的桨距控制及载荷优化 何玉林;苏东旭;黄帅;任海军;陈真 【摘要】The issue that how to reduce system overshoot and decrease wind turbine load for large variable speed variable pitch wind turbine over the rated wind speed is discussed. Because the wind turbine is strongly nonlinear, the pitch control strategy based on fuzzy-immune-PID controller is adopted to reduce generator speed fluctuation and improve power quality. Aiming at how to decrease the tower fore-aft vibration, tower side-side vibration and gearbox vibration of the wind turbine, corresponding control strategies such as pitch and torque damping filter and acceleration feedback are proposed. Finally, this paper uses Bladed external controller module to program and simulate. It's shown that the proposed control strategy can improve the dynamic characteristics of variable pitch control and reduce the load of key parts.%讨论了大型变速变 桨风电机组在额定风速以上如何减小系统超调量以及降低机组载荷.根据风电机组 的强非线性特点,采用基于模糊免疫PID的桨距控制策略,以减小发电机转速波动,改善功率品质.针对风电机组的塔架前后和侧向振动以及传动链扭转振动,提出了桨距、转矩阻尼滤波和加速度反馈等控制方式.通过Bladed外部控制器模块编程并进行 仿真,结果表明所提出的控制策略能够改善变桨距控制的动态特性,降低关键部位载荷. 【期刊名称】《电力系统保护与控制》 【年(卷),期】2011(039)016

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。惯性载荷是由于风力发电机组自身的转动而产生的，其大小和方向主要受到风力发电机组的转速和转动惯量等因素的影响。 2.2 力矩载荷分析 力矩载荷是指风力发电机组在风力作用下承受的力矩，主要包括风矩载荷和旋转矩载荷。风矩载荷是由于风力作用在风力发电机组的转动轴上产生的，其大小和方向主要受到风速、风向、桨叶角度等因素的影响。旋转矩载荷是由于风力发电机组旋转运动的惯性而产生的，其大小和方向主要受到风力发电机组的转速和转动惯量等因素的影响。 2.3 轴向载荷分析 轴向载荷是指风力发电机组在风力作用下承受的轴向力，主要包括风压力和离心力。风压力是由于风力作用在风力发电

1.5MW风力发电机组开发研制及国产化项目可行性研究报告

1.5MW风力发电机组开发研制及国产化项目 可行性研究报告 第一章项目的背景和意义 1. 项目的背景 随着人类社会进入21世纪和经济的飞速发展，世界各国都面临着人口、能源、环境的重大压力。一个人口迅速膨胀的人类社会，正以自人类产生以来从未有过的空前速度，大量消耗着地球上亿万年前形成的极为有限的化石资源。据2001年联合国统计，目前世界上已探明的石油资源，只够人类使用44年；天然气也仅够使用62年左右；煤炭可以使用230年。一切有远见的人们都开始考虑如何不以牺牲后代生存环境、经济资源为代价来发展我们的社会，也即可持续发展的战略问题。 中国政府也向全世界庄严地承诺21世纪走可持续发展的道路，并研究、制定和开始执行21世纪可持续发展的战略。在能源领域，开发利用新的可再生的清洁能源（即新能源，主要有风能、太阳能、生物能、海洋能、地热能等）就是该战略其中之一。 风能取之不尽，用之不竭，而且风电无污染。自20世纪70年代世界石油危机以来，风力发电开始逐步发展起来，尤其到20世纪90年代，由于科技的进步，风力发电从新能源中脱颖而出，成为最具工业开发规模的一种新能源。值得注意的是，近年来全球正日益关注防止地球变暖的问题，风力发电减排CO 温室气体 2 的作用日益为人们所重视，欧美等发达国家均作出相应的减排承诺，使开发风电正方兴未艾地在世界各地迅速崛起，风电正迎来了其从未有过的大发展时期。2. 项目的意义

2.1风力发电对调整能源结构的意义 我国虽然拥有比较丰富而多样的能源资源，但人均占有量很低，远低于世界人均数。而且地区分布极不平衡。这给能源开发、输送和工业布局带来一系列问题。我国煤炭资源较丰富，资源总量为5.53万亿吨，保有储量为1万亿吨左右，正在建设和开采的保有储量为2511亿吨。由于经济和历史的原因，这也使我国成为目前世界上极少数几个能源消费以煤炭为主（目前占75%左右）的国家之一，并在相当长的时期内还不可能得到根本改变。然而，煤炭是重要的化工原料，大量煤炭直接燃烧，仅利用了其中的热能，既浪费了不可再生的资源，又带来了污染环境的问题，也降低了资源利用的经济效益。 2.2.开发具有自主知识产权的风力发电机组势在必行，通过风电设备国产化、本地化带动区域经济的发展 中国风力发电增长也十分迅猛，90年代全国风电装机不足1万KW，2005年中国除台湾省外新增风电机组588台，累计风电机组1854台，新增装机容量49.8万kW，累计装机容量126万kW，新增17个风电场，共有个59个风电场。与2004年当年新增装机19.8万kW相比，2005年当年新增装机增长率为252%。与2004年累计装机76.4万kW相比，2005年累计装机增长率为65.2%。 我国风电发展经历了20多年，风电场选用的设备大部分是国外进口产品。由于国外设备价格和维护维修成本都较高，使风电电价居高不下。目前，国际上风电技术越来越成熟，从西起新疆，东至福建、浙江、江苏、山东沿海各省，北起黑龙江，南至广东、海南，不仅平均风速好，而且风的质量很好，宜建大型风电场。但是，国产的风力机的装备水平，跟不上形势的发展步伐，85%的风力机

风电机组能效分析及优化研究

风电机组能效分析及优化研究 摘要：在我国经济在快速发展的新时期，电力行业发展十分迅速，为了应对 全球气候变暖问题，风电作为清洁高效的可再生能源，受到世界各国的高度重视 并得到大力发展。但目前风电机组能效偏低问题已成为风电场特别是老旧机组运 行过程中普遍存在的问题，严重影响风电场发电经济效益。因此该文章从偏航控制、变桨控制等方面分析研究风电机组能效，查找存在的问题，并提出优化建议。 关键词：风电机组；能效分析；优化研究 引言 近年来，随着风电机组装机量的日益增加，风电在中国发电总量中的占比越 来越大。同时对于安装在海上或风力资源丰富但地处偏远的风电机组，对其进行 维护需耗费大量的人力物力。这要求风力机应具有充足的可靠性，以减少所需投 入的维护成本进而在制定更合理的维修策略以及降低风力机停机时间等方面提供 帮助。因此，搭建精确的风电机组仿真模型已成为风力发电系统进行智能状态监 测与评估的重要基础。 1现场安装流程 风电机组由塔筒、机舱、叶片、轮毂和发电机等大部件组成。对于双馈型或 中速永磁风电机组，发电机位于机舱内部。对于直驱型风电机组，发电机位于风 轮和机舱之间。本文以陆上某双馈型风电机组的四段塔筒和风轮整体吊装方案为例，简述风电机组现场安装流程和技术要点。陆上机型的电气柜通常包含塔基柜 和变流器柜。海上机型的电气柜除上述柜体外，还包含了变压器、电池柜、航标 灯柜、ＰＴ柜、环网柜和ＵＰＳ柜等。 2风电机组能效分析及优化研究 2.1物联网技术在运维管理中的应用

为有效提升风电机组运维的工作水平，可合理运用物联网技术，打造全新的 风电机组运维管理模式。如物联网系统的服务端进行建设时，应当突出设备管理 与任务管理。在设备管理工作开展时，应当由运维人员进行完成，实现对相关设 备的基本信息管理，保证运维管理工作开展的有效性与可行性。在其任务管理时，则需要契合风电机组运行的具体情况，进而科学合理地调整运维检修工作任务， 组织专业的运维检修小组，对机组设备进行运维检修。在物联网系统客户端进行 设计时，应当突出检修人员的工作需求，使得运维检修人员，能够在手持终端设 备的支持下，快速扫描条码获取运维检修的工作任务与内容，并及时对检修的工 作记录进行上传，便于后台运行人员进行监控管理。基于物联网技术的支持，现 场运维检修工作开展时，可根据检修的工作特点，灵活调整检修工作小组，如部 分操作难度大、风险较高的作业项目，则需要增加检修人员，在检修人员的协同 配合下，有效提升运维检修的工作整体水平。 2.2双PI及智能算法优化 目前风机采用的控制方法是查表法，由主控程序中给定的静态转速-转矩表 进行控制。查表法较容易实现，但控制响应慢，控制精度较低。在风频变化较大时，容易产生偏差，并引起风机的振动。双PI控制：在并网转速和额定转速附 近采用PI控制，并网转速和额定转速之间采用跟踪最佳尖速比控制的控制策略，能够实现风能的转换效率最大化，使风电机组能够最大程度地吸收风能，从而优 化风机的功率曲线和提升风机的发电量。采用双PI控制方法后，主控PLC软件 功率控制功能块采用了转矩控制和变桨控制相耦合的方式。在风速远小于额定风 速以下时，通过转矩控制以维持最佳叶尖速比，以追求最大风能利用系数；在额 定风速以上拐点处，如果风速波动很大，就要通过适当的变桨来实现平滑的过渡。在额定风速以上阶段，变速和变桨控制器也是同时发挥作用，通过变速即控制发 电机的转矩，使其恒定，从而恒定功率。通过变桨来调整发电机的转速，使得其 始终跟踪转速设置点。实际上，变速变桨通过简单的PI控制器就可以实现，但 是额定风速以上风机系统模型的强烈非线性使得控制器参数选择比较困难，需要 特别设计。变速、变桨2个控制器是同时运行的，为了使其耦合在一起，当在远 远超过额定风速或以下时使其中一个或另一个控制环饱和。

风力发电机组风荷载分析及优化设计

风力发电机组风荷载分析及优化设计 一、引言 风力发电是目前可再生能源中占据相当重要位置的一种，风力发电机组也是其重要组成部分之一。与其它工程系统相比，风力发电机组主要面临的挑战之一就是大风荷载下的稳定性能。本文将从风荷载分析及优化设计方面探讨如何提升风力发电机组的稳定性能。 二、风荷载分析 1. 风荷载形式 在风力发电机组中，风荷载主要是指风及其产生的风力作用在风轮及其支撑系统上所形成的荷载。根据气象学研究，风力可以分为三种形式：切向风、径向风和上升气流。其中最主要的当属切向风，即来自于风速分量沿风轮叶片切线方向的力。 2. 风荷载计算 风荷载的计算一般可以采用下列方法： （1）椭圆轨迹法：将风力作用点看成一个运动点，其受到的风荷载所形成的作用线经过研究后发现是椭圆形的，最大荷载所在位置即为椭圆的焦点之一。

（2）风口逆推法：通过揭示叶片在不同风速下的变形规律和 受力行为，得到了叶片结构变形和受力响应的特性参数，然后结 合气象物理及气动特性等，经过逆推出风速下叶片受力情况，进 而计算出整机的风荷载。 （3）场合适法：利用CAD软件建立计算模型，通过模拟流场 中流动场、压力场等参数，综合考虑叶片的材料、形状、缆索布置、叶根安装等影响因素对风力发电机组的激励能力进行模拟计算。 3. 风荷载分析结果及优化设计 通过以上方法得出的风荷载分析结果可以用于进行稳定性分析，并通过优化设计降低风荷载带来的影响。优化设计中主要包括以 下几个方面： （1）优化叶片结构 由于叶片是风能转换核心部分，因此叶片的结构及其质量直接 影响到发电机组的稳定性。叶片的优化设计可以包括减轻质量、 改变叶形和优化叶片布局等方面。 （2）优化筒杆和传动系统 筒杆和传动系统也是风力发电机组中非常重要的部分，优化设 计主要包括减小振动、降低噪声、提高精度等方面。

海上风电机组高承台群桩基础设计特点及关键力学问题

海上风电机组高承台群桩基础设计特点及关键力学问题 林毅峰;陆忠民;黄俊;周旋 【摘要】海上风电机组高承台群桩基础是我国首次提出并获得广泛应用的新型海 上风电机组基础结构型式,该基础由桩基、混凝土承台、基础预埋环、连接件和靠 泊构件等组成.在阐述基础结构总体布置及其特点的基础上,从高耸结构、大型动力 设备基础和海洋工程的角度,分析了基础的工程特性和载荷分配传递体系.从水动力 载荷、系统整体载荷仿真、桩基岩土力学和承台结构分析等方面,提炼出基础设计 的若干关键力学问题,包括:大直径承台结构尺度和群桩影响下的承台波浪载荷分析、基于CFD技术和Bladed软件的海上风电机组-塔架-高承台群桩基础载荷分析、 大直径超长钢管桩土塞效应对承载力的影响、地基基础对系统整体频率影响和承台钢筋混凝土非线性有限元分析等. 【期刊名称】《海洋技术》 【年(卷),期】2016(035)005 【总页数】8页(P29-36) 【关键词】海上风电机组;高承台群桩基础;波浪载荷;超长大直径钢管桩;土塞效应; 风电机组载荷仿真 【作者】林毅峰;陆忠民;黄俊;周旋 【作者单位】上海勘测设计研究院有限公司,上海200434;上海勘测设计研究院有 限公司,上海200434;上海勘测设计研究院有限公司,上海200434;上海勘测设计研究院有限公司,上海200434

【正文语种】中文 【中图分类】P742 海上风能是海洋可再生能源的重要形式，是目前技术最成熟、最具备大规模商业化开发价值的海洋可再生能源。截至2015年底，全球海上风电累计装机容量为 12.105 GW,分布在全球15个国家。中国累计海上风电项目装机容量1 014.68 MW，位居全球第四。我国海上风能资源储量巨大，5～50 m水深、70 m高度海上风电开发潜力约5亿kW，大力发展海上风电对优化调整能源结构和节能减排具有重大意义。根据规划，“十三五”期间我国海上风电装机容量预计达到20 GW，我国海上风电已经进入大规模快速发展的阶段。 鉴于对工程投资和安全的重大影响，海上风电机组支撑结构和地基基础一直是海上风电开发的重要内容和研究热点。海上风电机组常用的基础结构型式包括大直径单桩（monopile）、多桩导管架（jacket)、三脚架(tripod)和高承台群桩基础（high-rise cap with multiple piles foundation）等。其中高承台群桩基础是在亚洲第一个海上风电项目上海东海大桥100 MW海上风电示范项目设计中，上海勘测设计研究院针对中国沿海深厚软土和浅覆盖层岩石海床地基条件，并结合我国近海工程施工经验和设备而首次提出的一种新型海上风电机组基础型式[1]，该基 础类型在我国东海大桥海上风电场、上海临港海上风电场、江苏响水、福建南日岛、平海湾等海上风电项目中获得了广泛应用，是目前我国海上风电场风电机组基础的主要型式之一。由于我国海上风电发展较晚，目前相关的海上风电机组地基基础设计理论和方法滞后于工程实践，尚未发布适合于海上风电机组地基基础的技术规范，现有设计主要参考国外相关标准和我国港口、海洋石油行业技术规范。虽然海上风电机组高承台群桩基础在结构型式上借鉴了跨海大桥、高桩码头等基础型式，但是由于海上风电机组荷载及其运行要求的特殊性，导致高承台群桩基础具有不同于常

基于POT极值理论的风力发电机组载荷测试分析与应用

基于POT极值理论的风力发电机组载荷测试分析与应用宋钢;张新燕;郭亮;刘江涛 【摘要】针对传统风力发电机组叶片的载荷测试以及寿命预测分析的效率问题,设计了一种新型风力发电机组叶片载荷测试系统,利用POT极值理论结合GPD分布和威布尔分布对载荷谱进行外推,为疲劳检测提供可靠的极值载荷信息,并选用Miner线性累积损伤理论对构件进行寿命预测.最后利用FAMOS软件与传统测试方法进行对比,不但保证了测试的准确性,更使载荷分析与寿命预测的效率得到了提高. 【期刊名称】《可再生能源》 【年(卷),期】2015(033)002 【总页数】6页(P226-231) 【关键词】载荷测试;寿命预测;POT理论;Miner线性理论 【作者】宋钢;张新燕;郭亮;刘江涛 【作者单位】新疆大学电气工程学院,新疆乌鲁木齐830047;教育部可再生能源发电与并网控制工程技术研究中心,新疆乌鲁木齐830047;新疆大学电气工程学院,新疆乌鲁木齐830047;教育部可再生能源发电与并网控制工程技术研究中心,新疆乌鲁木齐830047;新疆维吾尔自治区产品质量监督检验研究院,新疆乌鲁木齐830011;新疆大学电气工程学院,新疆乌鲁木齐830047;教育部可再生能源发电与并网控制工程技术研究中心,新疆乌鲁木齐830047 【正文语种】中文

【中图分类】TK83 近年来，国内外风力发电机的单机容量已经从十几年前的100 kW迅速增大到如 今的6 MW甚至更大。单机容量的增大导致风机的质量不断增加，风机的安全性 能面临着新考验。然而，迄今为止还无法通过直接经验来得知新型的风力发电机能够运行多久，只能利用小型风力发电机的实际运行经验来改进设计。因此，对风力发电机载荷测试分析和寿命预测的方法备受关注。 文献[1]～[3]主要利用 Ansys，GH Bladed 等仿真软件得出叶片在风场的疲劳载荷谱，并对其进行疲劳分析。然而载荷测试不仅仅包括风轮转速、有功功率、桨距角等运行参数，还要考虑风场中的风速、温度、大气压力和空气密度等气象参数，因此导致疲劳破坏的不确定因素很多，疲劳载荷性能很难单纯依赖仿真得到。文献[4]采用传统的载荷分布函数法，通过雨流计数法对载荷历程进行统计计数，令载荷幅值服从指数分布或威布尔分布，再利用积分法进行求解。但这种方法往往需要大量的数据才能保证数据扩展的准确度，而且这种方法扩展后的数据量也很大，运算分析速度慢。本文设计的风力发电机的载荷测试分析系统主要分为数据采集和数据处理两部分。分析的主要数据来自现场采集的气象参数和运行参数，能够更准确地反应出不同现场的不同工况，保证了测试数据的准确性。同时利用POT极值理论和Miner线性累积损伤理论结合FAMOS软件对载荷信号和非载荷信号进行处理， 与传统的方法相比，在保证了寿命分析可靠性的前提下，提高了载荷测试的效率。数据采集系统如图1所示，根据IEC TS 61400-13：2001/GBZ 25426-2010风 力发电机组机械载荷测量标准要求，测量载荷包括外部条件和运行条件。外部条件包括各种气象参数；运行条件包括一些运行参数。在本系统中气象参数主要来自于测风塔上各种传感器的测量，而运行参数主要通过安装在风机上的各种传感器得到。最后将这些位置分散的测量数据通过CANBUS总线传输至塔底的数据转存单元，以便工控机调取并作相应数据处理。

风力发电机组发电性能分析与优化

风力发电机组发电性能分析与优化 摘要：作为一种新能源，风力发电正在不断的改善环境，其在全球经济和社 会发展中的作用是不可估量的。我国的风力发电已经取得了一些成就，但仍然面 临着许多挑战，所以针对发电能力相对较低的机组，急需找到优化其发电能力的 方法，本文通过对风力发电机组发电能力的分析，从硬件和软件两个方面排查影 响风机发电能力的原因，研究提升风力发电机发电能力的方法。 关键词：风力发电机组；发电性能；优化 1风力发电系统组成 第一种常见的风力发电机是恒速恒频感应风力发电机，由这种风力发电机构 成的风力发电机系统结构，按照从前端到后端的顺序，分别为风轮为主的风力机、齿轮箱、异步发电机、三相并联电容器。采用定桨距失速调节时，风力发电机输 出电压的频率为恒定频率，感应风力发电机会向电网同时吸收有功功率和无功功率。为解决这一问题，通常采用机组电容器相并联的方法，使整个电网的功率得 到改善。风能的不确定性会导致恒速恒频发电系统的风能利用不足。 第二种双馈异步风力发电机组的结构形式。绕线式三相异步发电机中的双馈 异步发电机，属于目前变速恒频风力发电机的主流机型之一。定子绕组直接连接 到交流电网中，转子绕组机构与变频器直接相连，变频器控制电动机。双馈异步 风力发电机采用双向变流器控制转度，结构较为完整，可实现连续变速运行，风 能转换速度高，电能质量好；可以改善对风轮机叶片的机械应力：双馈电机直接 连接到电网。电力电子换流器控制发电机的转子电流和电磁转矩，并且当风速发 生变化时，风轮主轴转子转速也随之发生改变，最大可能地捕捉和利用风能，从 而提高了能源利用率。 第三种直驱式同步风力发电机组。同步电动机励磁机组可以使用直流或永磁 励磁。由于转子磁极对的数量众多，电动机的外形尺寸又大又笨重，操作和起吊 不方便，价格高昂。在直流励磁模式的同步电机中，励磁电流决定转子速度，从

风力发电机叶片结构设计及其有限元分析(精品doc)模板

风力发电机叶片结构设计及其有限元分析 摘要 为了更好地发展我国的风力发电事业，实现风力发电机的国产化，必须深入开展风力机设计、分析方面的研究。本文根据传统的的叶片设计方法设计了2MW 风力机叶片，并生成三维几何模型，然后利用有限元模拟对叶片进行了振动模态分析，得到各阶振动频率和振型，为防止结构共振提供了依据。 关键词：风力机，叶片，有限元模拟，优化 THE FE SIMULATION AND OPTIMAL DESIGN OF WIND TURBINE COMPONENTS ABSTRACT In order to promote the capability of design and manufacturing of wind turbine in China, more study should be done in the field of wind turbine design and analysis. In this paper, a blade for 2MW wind turbine is designed according to the traditional design procedure and the 3D geometrical model is created. Then the modal analysis is done through the FE simulation to get the frequency and mode shape, which provides the theoretic basis to prevent resonance. KEY WORDS: wind turbine, blade, FE simulation, optimization

大型风场风力发电机组的动态特性及控制策略分析

大型风场风力发电机组的动态特性及控制策 略分析 一、引言 随着能源危机的不断加剧，风力发电作为一种环保、安全的新 型清洁能源，在现代社会中受到了广泛的关注和应用。在那些风 能资源丰富的地区，为调整能源结构，促进可持续发展，大型风 电场已经成为了主要的发电方式之一。在这些风电场中，大型风 力发电机组是不可或缺的一部分，其动态特性及控制策略影响着 整个风电场的正常运行。 本文将从大型风电场风力发电机组的动态特性及控制策略两个 方面进行分析，旨在深入探究风力发电的关键技术和发展方向， 为风电行业的科学研究和产业发展提供参考。 二、大型风场风力发电机组的动态特性 大型风力发电机组的动态特性表现在对外部环境变化的响应以 及对整个风电场的运行调节等方面。其中，对外部环境变化的响 应主要指大风、低风等极端天气条件对风力发电机组产生的影响。 1. 大风条件下的动态响应特性 大风是风电场中最为常见的极端天气条件之一，瞬间狂风对风 电机组的冲击力极大，因此，大风条件下的动态响应特性是衡量

风力发电机组性能的重要指标之一。对于叶片设计优良的风力发电机组来说，其在大风条件下仍能保持良好的运行状态，保障风电场的正常运行。 根据现有研究，大风条件下的动态响应特性主要受以下几个因素的影响： （1）叶片的回弹性能：叶片回弹变形是影响大风条件下风力发电机组性能的重要因素之一。优秀的叶片设计应考虑到叶片的回弹性能，使其在大风过程中不会产生过度的变形，从而保持风力发电机组的运行稳定性。 （2）转动轴承的纵向刚度：对于大型风力发电机组来说，转动轴承的纵向刚度决定了其在受到大风影响后的稳定性。为保证风力发电机组能在大风情况下维持运行状态，转动轴承的纵向刚度，尤其是在机组关闭时的刚度保证显得尤为重要。 （3）限位器的作用：当机组受到大风冲击力时，限位器的作用是有效地保护风力发电机组免受过度冲击力的侵害，从而使机组在大风情况下更加安全地运行。 2. 低风条件下的动态响应特性 低风条件通常指风速在2m/s以下的情况，低风条件下的动态响应特性是衡量风力发电机组性能的重要参数。在低风条件下运

【风力发电机齿轮箱可靠性优化设计文献综述4200字】

风力发电机齿轮箱可靠性优化设计文献综述 【可参考以下写作提纲】 1．前言（简要说明阅读文献背景、目的和范围以及选题的发展现状及争论焦点，不少于800字）随着社会经济的不断发展，人们对能源的需求也越来越大，而不可再生资源在不断消耗，寻求新的可再生资源成为当务之急。至此，风力发电机应运而生，其装机灵活、基建周期短、环境效益高的诸多优点，促使风力发电成为国家新能源开发的关键技术[1]。“中国制造2025”新能源装备实施方案指出，要在2025 年前，新能源装备制造业形成完善的产业体系，有效支撑新能源发展[2]。 世界风能协会（World Wind Energy Association, WWEA）统计，截止到2019 年底，全球安装的所有风力发电机的总容量达到6508GW。2019年增加了59667MW，所有已安装的风力发电机可以满足全球6%以上的电力需求。中国和美国都表现出强劲的增长势头，分别有275GW 和91GW 的新装机容量，均为近五年来最大的市场容量。在取得令世界瞩目成绩的同时，也必须正视中国风电产业快速发展过程中所面临的各种问题。风力发电机一般安装在偏远的户外或者海上，长时间在数十米高空服役，长期运行在振动、潮湿、沙尘、腐蚀、变速、制动等复杂恶劣环境中，各类故障频发且难以提前预警，带病运行将导致设备损坏、风场停机，维护维修成本提高[3]。 风力发电机运行在复杂的环境中，包括多套复杂的子系统。齿轮箱是风力发电机实现增速的关键子系统，其健康运行关系着风力发电机的健康状态。齿轮箱内部结构复杂，由多组齿轮、轴承、齿轮轴及润滑冷却系统组成，长期受到交变载荷、冲击载荷的作用，齿轮箱在恶劣的环境下运行，容易发生故障[4]。 目前，大型风力发电机的设计寿命要求不低于20 年，机组的年可利用率不小于97%[5]。齿轮箱是风力发电机实现增速功能的关键所在，齿轮箱的寿命直接影响着风力发电机的寿命，齿轮箱能安全可靠的运行是风力发电机可靠的必要条件。风力发电机的装机容量不断提高，风力发电机齿轮箱故障数量增多，而对风力发电机齿轮箱进行可靠性分析能够找出齿轮箱工作过程中的薄弱环节，通过分析提出相应的改进措施，可以提高风力发电机的可靠性。因此，本文对风力发电机齿轮箱进行可靠性分析，找出齿轮箱系统的薄弱环节，然后对其进行动力学仿真分析，参考分析结果对齿轮箱的重要零部件进行优化，以保障风力 发电机在全寿命周期内安全运行。 2．主体（提出问题、分析问题，综合前人文献中提出的理论和事实，比较各种学术观点，阐明 所提问题的历史、现状及发展方向，不少于1200） 2.1 风力发电机齿轮箱的系统可靠性研究现状 国内外学者对风力发电机齿轮箱的系统可靠性进行了大量研究，随着风力发电机尺寸和功率的增加，早在1995 年Seebregts 等人认为风力发电机应该引入航空航天、核能和

基于空间框方法的海上叶片ABAQUS有限元分析

基于空间框方法的海上叶片ABAQUS有限元分析 基于空间框方法的海上叶片ABAQUS有限元分析 引言： 随着全球能源危机的日益凸显，可再生能源的开发和利用逐渐受到广泛重视。其中，风能作为一种无污染、资源可再生的能源形式，被认为是一种重要的替代能源。近年来，随着海上风力发电技术的不断发展，海上风力发电已成为全球风能开发的重要领域。海上风力发电装置的核心部分是叶片，其结构设计对整个装置的性能和效率具有重要影响。 本文旨在基于空间框方法，采用ABAQUS有限元软件对海 上风力发电叶片进行有限元分析，探究其结构的力学特性和优化设计，为海上风力发电装置的研发提供理论依据。 1. 叶片结构设计 海上风力发电叶片一般采用复合材料制造，具有较高的刚度和强度。在叶片的结构设计中，需考虑到以下几个方面： (1) 材料选择：复合材料的选择决定了叶片的强度和耐久性。常见的复合材料有玻璃纤维增强塑料（GFRP）和碳纤维增强塑料（CFRP）等。 (2) 集肋结构设计：为了提高叶片的刚度和稳定性，常采用集肋设计。集肋结构将叶片表面分为一系列小矩形区域，每个区域都有一定的刚度，从而提高整个叶片的刚度和稳定性。 (3) 诱导抗力设计：诱导抗力会对风力发电机叶片产生不利影响，因此需要对叶片进行适当的诱导抗力设计，减少能耗损失。 2. 有限元分析步骤 (1) 建立叶片几何模型：利用CAD软件建立叶片的三维几何模型，并进行材料分配，确定叶片的几何形状和厚度分布。

(2) 网格划分：将叶片几何模型进行网格划分，生成由节点和单元组成的有限元网格。 (3) 材料属性分配：为叶片的材料属性分配适当的材料参数，如弹性模量、泊松比等。 (4) 加载设置：根据实际情况，设置叶片所受的外部载荷和边界条件，如风力荷载、重力、支撑点约束等。 (5) 求解分析：通过ABAQUS软件进行求解分析，得到叶片在 受载情况下的应力和变形情况。 (6) 结果分析：分析叶片的应力集中区域、变形情况等，并对叶片的结构进行优化设计。 3. 结果与讨论 通过有限元分析，可以得到叶片在受载情况下的应力和变形情况。根据分析结果，可以发现叶片的应力集中区域，进而进行合理调整和优化设计。同时，通过对比不同材料和不同结构设计的叶片，可以得出最优的叶片结构，以提高叶片的性能和效率。 4. 研究结论 通过基于空间框方法的有限元分析，可以对海上风力发电叶片的结构进行优化设计，提高叶片的刚度和稳定性。同时，该方法还可以为海上风力发电装置的研发提供理论依据。为了进一步提高分析结果的准确性，还可考虑模拟风洞实验等其他辅助手段。 结语： 本文基于空间框方法，采用ABAQUS有限元软件对海上风力发 电叶片进行了有限元分析。通过对叶片结构的分析和优化设计，可以有效提高叶片的性能和效率。然而，本文的研究仅仅是初步探索，后续的研究还需要进一步改进和完善。我们相信，通

风力发电并网系统的控制和优化策略分析

风力发电并网系统的控制和优化策略分 析 摘要：风力发电是一种非常持续环保的新能源创造方式，在生产的过程中不 需要使用到任何燃料，也不会对环境产生任何污染。风力发电并网系统是风力发 电管理的基础，本文主要对风力发电并网系统的控制和优化策略进行研究分析， 并提出了一些优化策略。 关键词：风力发电；并网系统；控制优化 引言：当前我国大力倡导绿色保护环保的理念，在这样的社会背景下，新能 源的开发与充分应用更是成为社会关注的重点话题。作为新能源的一类重要分支，如何有效开发并充分应用风力发电资源便也成为了一个重点关注问题。并网系统 是提高风力发电运行质量的有效措施，在构建或优化并网系统时，则需要基于风 力发电的基本要求和运行原理来进行控制优化。 一、风力发电概述 空旷的平原和海洋上往往有着丰富的风能，在进行风能开发时，环境中存在 的强大气流会以特定的速率推动风轮的转动，在涡轮中增加风速，从而在力矩作 用下，发电机中的导线在磁场的作用下产生感应电动势，外部闭合回路会在导线 中生成电流，从而将风能转化为电力。按照现在的风力发电技术，当风力达到每 秒3公里时，就能产生电力。风车是一种集风设备，一般有三个桨叶，其主要功 能是将风力转化为转动的机械能，辅助以偏航装置、发电机组、塔架、限速安全 装置及能量储存所等装置共同组成风力发电系统。风盘后方的转向盘又称为尾舵，其作用是通过调节风车的风向来实现风向的变化，从而获得最大的风力。限速器 的功能是通过控制风车的速度，在给定的速度区间内保持相对的稳定性，从而确 保风机的高速运转。塔台是设备的载体和风车的支承装置。由于天然的风速具有 高度的非平稳特性，且具有较大的随机和间断特性，使得风力发电机组的发电效

海上风电机组降载方法综述

海上风电机组降载方法综述 王凡;刘琦;陈晓静 【摘要】风合理利用风电机组特性和控制效果，并通过不同的策略达到同时降低海上风电机组气动和水动载荷特别是疲劳载荷，可以达到优化基础和支撑结构的目的。不同的降载方法有不同的适用性和优缺点，使用某种降载方法时同时会对子系统造成一定影响。发电量不是作为判别降载方法是否有效的唯一判定标准，合理考虑各个子系统以及整机的经济能效比才是合理的做法。% By using wind turbine characteristics and control effects and using different strategies to reduce ofishore wind turbine pneumatic and water dynamic load, especially fatigue load, the foundation and support structure can be optimized. Different mitigation methods have different applicability and advantages and disadvantages, and must consider the impact to the subsystem. Generating capacity is not the only criteria to determine a valid method, and the reasonable approach is to consider the various subsystems, as well as the energy effciency of the whole economy. 【期刊名称】《风能》 【年(卷),期】2012(000)010 【总页数】5页(P72-76) 【关键词】风电机组;降载;疲劳载荷;阻尼;反馈控制 【作者】王凡;刘琦;陈晓静

风电常识：海上巨型风机的研究---(技能篇)

超级工程观后感 —关于海上巨型风机的认识与探究

《超级工程》是中央电视台重磅打造的一部记录中国最震撼的伟大工程的纪录片，他主要展现了五个重大工程项目：《港珠澳大桥》、《上海中心大厦》、《北京地铁网络》、《海上巨型风机》和《超级LNG 船》。这些伟大的工程项目涉及能源、交通、建筑各个方面，关系到国计民生，不论是科技含量还是建造水平，它们都体现了国内乃至世界最高标准，向世界展示了一个充满活力与创造力的中国。 在这五个工程项目中，我最感兴趣的是海上巨型风机。正如纪录片中所陈诉的那样：从工业革命以来，石油和煤炭加速消耗的趋势越来越显著，按照这种速度，这些不可再生的矿物资源，将在不久的将来消耗殆尽。而在人类目前开发利用的清洁能源中，风能是在可知范围内对环境影响最小的绿色能源。在中国市场，一部5兆瓦的风力发电机可以不消耗任何燃料，从空气中最终获取超过4亿人民币的电能，按照上海市政府2011年的报告，这个数字相当于上海这个超级大都市一天的用电总量。节能环保是世界永恒的主题，也是我所关注的内容，这样一台巨型风机在给人们带来便利的同时也为世界的节能环保做出了巨大贡献。 以下是风能发电机在国内的发展概况：我国从70年代开始进行并网型风力发电的尝试。1996年底总装机容量为5.7676万kW；1997年在国家有关优惠政策和国家计委“乘风计划”的推动下，年总装机容量跃至10.88万kW，到1998年底，全国19个风力发电场共安装

了530台风力发电机组，装机容量为22.36万kW，机组容量从30kW 到600kW，以600kW机组为主。安装最多的是新疆自治区达坂城风电场，共安装了137台机组，总装机容量为6.6万kW。总的来说我国利用风能并网发电历时已近30年，尽管风电上网的装机已发展到50多万kW，然而从风电在能源结构中的比重、发电设备制造水平等方面看，风电仍未走出“试验”阶段。2007年6月，国务院通过《可再生能源中长期发展计划》，目标为2010年可再生能源消费达到能源消费总量的10%，2020年达到15%，针对风电的具体目标为：2010年风电总装机容量达到5，000MW，2020年达到30，000MW。【以上摘自《中国产业研究报告网》】2010年，中国风电装机容量超越美国成为世界第一风电大国。由此可见，风能发电机越来越受到世界的重视，我国的风能发电机也发展迅速，而海上巨型风机的建立，向世界展示了中国的实力和雄心。海上巨型风机SL5000是世界上最大型的海上风力发电机，海上巨无霸，它的机舱上可以起降直升机，它的风轮高度超过40层，它的诞生是对自然的挑战和对工程极限的挑战。 按计划，SL5000的各个部件在中国的不同省份生产，最后再运到上海洋山港附近的陆上安装基地进行组装。他的三个主要部件为主机架、叶片和轴承。下面分别对这三个部件进行分析和探究。 一、主机架 风力机上几乎所有载荷都要通过主机架传递到塔架上，对于承受如此复杂载荷的部件，其强度问题显得尤为重要，因此主机架必须坚