湍流强度对风电机组疲劳等效载荷的影响

风电机组疲劳载荷直接关系到风电机组的寿命与结构安全。湍流强度对风电机组载荷的影响,已有文献运用仿真的手段进行了描述,但是未见有不同湍流强度工况下的理论以及载荷实测数据分析。分析了湍流强度对风电机组机械载荷的影响,并以某1.5 MW风力发电机组载荷测试数据为例,对相同风速不同湍流强度情况下的载荷数据进行分析。基于疲劳等效载荷以及相关系数法,研究湍流强度对风力发电机组疲劳等效载荷的影响。运用GH BLADED软件,对相同风速不同湍流强度下的风电机组载荷进行仿真计算,验证湍流强度与风电机组疲劳等效载荷之间的内在相关性。测试数据与仿真结果均表明,风电机组结构部件疲劳等效载荷与湍流强度强相关,且随着湍流强度的增加,疲劳等效载荷也随之变大。

基于Adam优化BP神经网络的风机等效疲劳载荷预测

针对传统风机载荷分析方法计算量大的问题,以风机载荷计算软件OpenFAST的仿真数据为基础,提出一种基于Adam算法优化BP神经网络的风机等效疲劳载荷预测模型。以叶根和偏航处的等效疲劳载荷作为特征样本数据进行训练和测试;采用可决系数和相对误差均值对模型的预测性能进行评估,并与采用随机梯度下降法(SGD)优化的传统载荷预测模型进行对比。结果表明:Adam算法优化下的神经网络载荷预测模型的预测性能要明显优于采用SGD优化的传统预测模型;相较于传统模型,δ_(m)最多可降低31.7%,R^(2)最多可提升7.8%。因此,提出的载荷预测模型能进一步提高风机载荷预测的准确度。

不同风况条件对风力发电机组等效疲劳载荷的影响

基于Bladed软件,以某双馈型风电机组为模型,分析不同空气密度、湍流强度、平均风速对大型风力发电机组关键载荷分量的等效疲劳载荷的影响。分析结果表明,随着空气密度、湍流强度、平均风速的增大,大部分关键载荷分量的等效疲劳载荷基本呈线性增大趋势,叶根MX、轮毂MX和偏航MX的等效疲劳载荷对空气密度的变化不敏感,而叶根MX的等效疲劳载荷对湍流强度的变化不敏感。

风电机组永磁发电机温度场疲劳仿真研究

针对MW风电机组永磁发电机温度场疲劳计算问题进行研究,通过预埋在发电机绕组附近的温度传感器采集温度获得温度场疲劳载荷;分析确认发电机定子结构的材料力学性能、几何结构、应力与温度载荷满足线性关系;提出一种发电机母材及焊缝温度场疲劳计算的新方法;运用子模型技术及热点应力法对新方法的计算结果进行对比验证。研究结果表明,这种新方法满足发电机温度场疲劳计算的工程需求。

海上风机在三种风载荷作用下的疲劳分析方法研究（英文）

文章提出一种基于等效疲劳载荷的快速有效的结构优化设计方法,首先通过bladed模拟得到时域下的风载荷,然后通过雨流计数法则和等效损伤理论得到相应的疲劳载荷谱和等效疲劳载荷,接着以导管架式海上风机为例,利用ANSYS对其进行三维建模,选取三种典型管节点和两种非管节点,基于热点应力法计算了其在三种风疲劳载荷作用下的疲劳损伤,通过比较三种载荷作用下的疲劳损伤结果,验证了等效疲劳载荷的可靠性。接着又计算了各等效疲劳载荷分量单独作用下的海上风机焊接节点的疲劳损伤,得出各疲劳载荷分量对疲劳总损伤的贡献,可以为设计者提供更好的载荷设计依据。相比于传统的时域疲劳分析方法和疲劳载荷谱方法,等效疲劳载荷方法更加方便有效。

风切变对风电机组塔筒定制化载荷特性影响

塔筒定制化过程中,塔底合弯矩极限载荷和塔底俯仰弯矩疲劳等效载荷是塔筒定制化设计的主要载荷。影响塔筒定制化设计主要载荷的因素有很多,本研究分析风切变幂指数对风电机组塔筒定制化载荷特性的影响,并以当前主流机型6.XMW风电机组,运用当前主流仿真软件GH Bladed软件,对于相同外部条件不同风切变幂指数下的风电机组塔筒定制化载荷仿真计算,计算分析出不同风切变幂指数对于风电机组塔筒定制化塔底合弯矩极限载荷和塔底俯仰弯矩疲劳等效载荷的特性影响规律并运用至风电机组塔筒定制化中去。

海上张力腿式风机支撑结构疲劳载荷特性研究

采用风机正向设计软件SAMCEF for Wind Turbine(S4WT),考虑风载荷和波浪载荷的联合作用,对海上张力腿式风机支撑结构疲劳载荷进行研究。首先,对支撑结构进行动力响应分析,得到风、浪联合作用下的疲劳载荷时程曲线,并采用雨流计数法得到疲劳载荷谱。然后,基于线性疲劳累积损伤理论求出对应的等效疲劳载荷。最后,分析相同风速下不同湍流强度等级对疲劳载荷的影响。计算结果表明:对支撑结构疲劳寿命影响最大的疲劳载荷为塔基处的倾覆力矩。风载荷和波浪载荷联合作用下的等效疲劳载荷并不是二者单独作用下的等效疲劳载荷的简单线性叠加,而是介于二者之间。湍流强度每升高一个等级,等效疲劳载荷基本上增加10%左右。

风力发电机组疲劳载荷的影响因素分析

在风电机组设计中,疲劳载荷往往是制约设计的主要载荷。影响风力发电机组疲劳载荷的环境因素很多,各种因素的影响程度不尽相同。本文针对五种主要环境参数,通过某MW级直驱风电机组关键部件的载荷对比,对风电机组疲劳载荷的主要影响因素及其规律进行了分析总结。

基于SCADA数据的风电机组关键载荷预测

风电机组关键位置载荷预测对风电机组安全、经济运行具有重要意义。通过建立SCADA数据与载荷间的近似关系对风电机组关键位置载荷进行预测。采用BP神经网络建立SCADA数据和载荷的关系模型,利用SCADA数据与载荷间的相关性来筛选模型输入参量,采用试错法确定BP神经网络的层数与神经元数量。针对某2.5 MW风电机组的7处关键位置进行了载荷实测。研究表明,在不采用风速作为输入参量的情况下,模型的预测结果与实测结果具有良好的一致性,相对误差的均值在1.28%到15.6%之间,决定系数R2在0.951到0.882之间;与试错法选择输入参量相比,基于相关性计算的输入参量选择方法能够更高效地筛选出更多恰当的SCADA参量,从而进一步提高预测准确度。因此,基于BP神经网络建立SCADA数据与载荷的近似关系可作为风电机组关键位置载荷预测评估的有效手段。

双馈型风电机组传动链降载控制技术研究与仿真

为定量研究双馈型风力发电机组传动链的扭振控制,提出了一种基于卡尔曼滤波的反馈控制策略,并通过仿真计算的方式对比了传动链扭振的控制效果。以7.0 MW双馈型风力发电机组传动链为研究对象,采用卡尔曼滤波估计传动链扭振角度,并以低速轴扭振速度估计值为参考设计了发电机附加电磁转矩作用于风电机组转矩控制,与虚拟阻尼控制、无阻尼控制进行了20年全生命周期内的载荷与发电量计算对比。结果表明:经过卡尔曼滤波估计的低速轴扭角与实际值的相关性可以达到0.99;基于卡尔曼滤波的反馈控制分别与虚拟阻尼控制、无阻尼控制的关键差异为,传动链低速轴等效疲劳载荷分别降低2.11%、4.89%,传动链高速轴等效疲劳载荷分别降低1.99%、4.78%,发电量分别降低200、700 k W·h。卡尔曼滤波对传动链扭角估计较准确,且以卡尔曼滤波估计得到的低速轴扭振速度设计的附加电磁转矩对传动链扭振具有非常好的抑制效果。

海况条件对海上风力发电机组载荷的影响

文章针对海况条件对海上风力发电机组载荷的影响,以某5 MW海上机组为例,介绍海浪、海流和潮汐在载荷计算过程中采用的理论方法和支撑结构建模方法,对支撑结构和海浪能量分别进行模态分析和频谱分析,同时根据GL2005标准对极限载荷和疲劳载荷分不同情况分析,结果表明海况条件对海上机组的塔筒底部影响较大,对机组其他关键零部件影响很小,为大型海上机组关键零部件选取提供依据。

风电场湍流强度对机组结构疲劳安全性的研究

为了评估风电场湍流强度对机组结构疲劳的安全性,文中提出了基于扇区权重的k阶原点和中心矩算法对湍流强度不确定度的计算,并对湍流强度的不确定度进行了定义,可以快速的评估机位点的扇区湍流强度是否存在畸变;并基于包络定理构建了轮毂高度处扇区的最大参考湍流强度函数,建立了扇区湍流强度和等效疲劳载荷的关系,并对基于等价湍流计算的传统计算方法的适用性评估方进行了扩展和优化,解决了传统计算方法中需要根据不同材料W hler指数m进行载荷迭代计算的问题。

大型风电机组激光雷达辅助模型预测控制方法

随着风电机组基础结构的不断增大,风电机组的控制方法面临新的机遇和挑战,而遥感测量技术的发展给传统风电机组控制策略提供一个新的研究领域。该文提出了基于激光雷达(light detection and ranging,LIDAR)辅助风电机组模型预测控制方法来实现控制系统对风速扰动的前馈补偿控制。首先根据叶素动量理论分析风电机组的载荷情况和LIDAR预测风轮迎风面的有效风速,利用扩展卡尔曼滤波重建噪声状态的非线性风电机组模型的未知状态,对预测时域状态值的进行预测实时处理,以求解最小目标函数获取系统当前时刻的最优化控制,使得系统参考轨迹和未来输出值之间差值实现最小化。最后,通过进行风电机组传统控制方法与LIDAR辅助线性模型预测控制、非线性模型预测控制的对比实验,证明LIDAR与模型预测控制相结合的控制方式能在一定程度上提高大型风电机组的风能利用系数,缓解风电机组的疲劳载荷。

大型水平轴风力机塔筒焊缝强度分析

为实现某大型水平轴风力机塔筒截面焊缝强度设计,介绍了DIN18800-4应力计算的工程算法,针对2.0 MW直驱型风力机塔筒某一截面进行极限强度校核。根据疲劳载荷分类,提出等效疲劳损伤和时序疲劳损伤两种不同计算方法。推导了等效疲劳载荷、等效疲劳应力与等效疲劳损伤的计算公式。针对某一截面对等效疲劳损伤和时序疲劳损伤进行分析计算和结果对比,给出两者等价性条件与适用条件。结果表明,被校核的截面焊缝满足强度设计要求。提出的方法在大型水平轴风力机塔筒截面焊缝极限强度与疲劳强度分析上具有可行性和有效性。

叶片覆冰对风电机组关键结构安全性的影响

为研究低温条件下叶片覆冰对风电机组关键部位振动频率、翼型气动性能、发电功率、极限载荷和疲劳载荷的影响,对某3.XMW风电机组在覆冰、未覆冰条件下,基于IEC61400-1标准、线性疲劳累计损伤理论、雨流循环计数法,通过仿真软件建立该机型覆冰、未覆冰两种模型并进行计算。计算结果表明,叶片覆冰导致叶片和塔筒振动降低,翼型升力系数降低,阻力系数升高,发电功率降低,覆冰条件下的叶根、旋转轮毂中心、固定轮毂中心、偏航中心、塔筒底部极限载荷和等效疲劳载荷增大,最大累计循环次数降低,其中叶片挥舞载荷增幅最大。研究成果可为叶片覆冰时机组优化提供参考。