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。
深远海漂浮式风电关键技术研究 近年来，随着全世界对能源需求量的不断增大，以及海洋浅水区石油和天然气储量消耗殆尽，人们对海洋的开发利用已经从近海大陆架发展到深海水域。风能作为一种清洁、可再生能源，在广阔的深海具有巨大开发潜能。深远海浮式风电是海上风电规模化发展的趋势和方向，也是目前国际上海上风电场开发建设的热点。 根据国际标准，风电项目的水深在0-30m属于浅水、30-60m属于过渡段（深浅水）、60m 以上属于深水，离岸50km属于近岸，离岸50km以上属于离岸。在深远海域建造风电机组，既可以充分利用更为丰富的风能资源，也可以不占据岸线和航道资源，减少或避免对沿海工业生产和居民生活带来的不利影响，具有巨大的开发优势。 风电项目的区域/水深划分 根据不同的水深条件采用合适的基础结构型式，海上风电按支撑基础的类型可分为固定式和漂浮式，从左至右依次为单桩基础、导管架基础、TLP基础、半潜式基础、立柱式基础。海上风机按支撑基础的类型可分为固定式和漂浮式，目前国内已建成的海上风电场采用的都是固定式，在深远海域海上风电场中如果采用固定式海上风力机，其自重和工程造价随着水深而大幅度增加，因此固定式风电基础不适用于深远海环境。漂浮式结构成为在深远海域海上风电场基础结构型式的首选，按照基础的类型漂浮式风电可分为半潜式（Semi-Sub）、立柱式（Spar）、张力腿式（TLP）三种类型，三种形式在国外均有示范项目建成或在建。 不同水深所适宜的基础型式 从风机的制造技术、示范项目水深等方面综合考虑，张力腿式（TLP）是目前最适合我国漂浮式风电发展的一种漂浮式风电形式。TLP是一种垂直系泊的顺应式平台，由若干条张力腿与海底锚固基础相连接。它通过自身的结构形式，产生远大于结构自重的浮力，浮力除了抵消自重之外，剩余部分与张力腿产生的预张力相平衡。当它在环境载荷作用下偏离
漂浮式海上风电机组基础及系泊系统设计导则 以漂浮式海上风电机组基础及系泊系统设计导则为标题 随着对可再生能源的需求不断增加，风能作为一种清洁、可持续的能源形式受到了广泛关注。而在海洋中，海上风电机组成为了一种重要的风能利用形式。相较于陆上风电机组，海上风电机组具有更稳定的风能资源、更大的发电潜力和更少的环境影响。在海上风电机组中，漂浮式风电机组由于其灵活性和适应性而备受瞩目。本文将就漂浮式海上风电机组的基础及系泊系统设计进行探讨。 1. 漂浮式海上风电机组基础设计导则 漂浮式海上风电机组的基础设计是确保机组稳定性和安全性的关键。首先，基础设计要充分考虑海洋环境的复杂性，包括海浪、风力和潮流等因素。基础结构需要具备足够的刚度和稳定性，以抵抗海浪和风力的冲击。同时，基础结构还需要具备良好的防腐性能，以应对海水的腐蚀。 基础设计还需要考虑到机组的安装和维护便利性。基础结构应该能够支持机组的安装和维护，同时提供足够的空间和设施供人员操作。基础设计还应考虑到环境保护因素。在设计过程中要充分考虑到海洋生态环境的保护，避免对海洋生物和海洋生态系统造成过大的影响。 2. 漂浮式海上风电机组系泊系统设计导则
漂浮式海上风电机组的系泊系统是确保机组稳定性和位置控制的核心。首先，系泊系统设计要充分考虑到风力和海流对机组的影响。系泊系统需要具备足够的刚性和强度，以抵抗外力的作用。同时，系泊系统还需要具备一定的伸缩性，以应对海浪和风力的变化。 系泊系统设计还需要考虑到机组的位置控制。通过合理的系泊设计，可以实现对机组位置的控制和调整，以确保机组始终处于最佳的发电位置。 系泊系统设计还应考虑到安全性和可靠性。系泊系统需要具备足够的安全保障措施，以应对异常情况的发生。同时，系泊系统还需要具备一定的可靠性，以确保机组的长期稳定运行。 漂浮式海上风电机组的基础及系泊系统设计是确保机组稳定性和安全性的关键。基础设计需要考虑到海洋环境的复杂性和机组的安装维护便利性，系泊系统设计需要考虑到风力和海流的影响以及机组的位置控制和安全可靠性。只有在合理的设计基础上，漂浮式海上风电机组才能够充分发挥其潜力，为人类提供更多清洁、可持续的能源。
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。
风力发电机组气动特性分析与载荷计算 目录 1前言 (2) 2风轮气动载荷 (2) 2.1 动量理论 (2) 2.1.1 不考虑风轮后尾流旋转 (2) 2.1.2 考虑风轮后尾流旋转 (3) 2.2 叶素理论 (4) 2.3 动量──叶素理论 (4) 2.4 叶片梢部损失和根部损失修正 (6) 2.5 塔影效果 (6) 2.6 偏斜气流修正 (6) 2.7 风剪切 (6) 3风轮气动载荷分析 (7) 3.1周期性气动负载................................................................................... 错误！未定义书签。 4.1载荷情况DLC1.3 (10) 4.2载荷情况DLC1.5 (10) 4.3载荷情况DLC1.6 (10) 4.4载荷情况DLC1.7 (11) 4.5载荷情况DLC1.8 (11) 4.6载荷情况DLC6.1 (11)
1 前言 风力发电机是靠风轮吸取风能的，将气流动能转为机械能，再转化为电能输送电网，风力机气动力学计算是风力机设计中的一项重要工作。特别是对于大、中型风机，其意义更为重大。风力机处于自然大气环境中，大气紊流、风剪切、风向的变化（侧偏风）和塔影效应等，这些现象使叶片受到非常复杂气动载荷的作用，对风力机的气动性能和结构疲劳寿命产生很大的影响。对一台大型风力发电机组来说，除风轮叶片产生机组的气动载荷外，机舱和支撑风轮和机舱的塔筒也产生气动载荷，这些都对机组的载荷产生影响。 2 风轮气动载荷 目前计算风力发电机的气动载荷有动量—叶素理论、CFD 等方法。动量—叶素理论是将风轮叶片沿展向分成许多微段，称这些微段为叶素，在每个叶素上的流动相互之间没有干扰，叶素可以认为是二元翼型，在这些微段上运用动量理论求出作用在每个叶素上的力和力矩，然后沿叶片展向积分，进而求得作用在整个风轮上的力和力矩，算得旋翼的拉力和功率。动量—叶素理论形式比较简单，计算量小，便于工程应用，估算机组初始设计时整机的气动性能，被广泛用于风力机的设计和性能计算，而且还用来确定风力机的动态载荷，不断地被进一步改进和完善。CFD 数值计算不需要对数学模型作近似处理，直接对流体运动进行数值模拟，从物理意义上说，数值求解N-S 方程的CFD 方法应该是最全面准确计算风力机气动特性的方法。但是，由于极大的计算工作量，数值计算的稳定性等原因，目前CFD 求解N-S 方程方法还远不能作为风力机气动设计和研究的日常工具。作为解决工程问题的工具还不太实际。为此在计算中应用动量—叶素理论方法来计算机组的气动载荷。 2.1 动量理论 动量理论是经典的风力机空气动力学理论。风轮的作用是将风的动能转换成机械能，但是它究竟能够吸收多大的风的动能就是动量理论回答的问题。下面分不考虑风轮后尾流旋转和考虑风轮后尾流旋转两种情况应用动量理论。 2.1.1 不考虑风轮后尾流旋转 首先，假设一种简单的理想情况： （1）风轮没有偏航角、倾斜角和锥度角，可简化成一个平面桨盘； （2）风轮叶片旋转时不受到摩擦阻力； （3）风轮流动模型可简化成一个单元流管； （4）风轮前未受扰动的气流静压和风轮后的气流静压相等，即p 1 = p 2； （5）作用在风轮上的推力是均匀的； （6）不考虑风轮后的尾流旋转。 将一维动量方程用于风轮流管，可得到作用在风轮上的轴向力为 ()21V V m T -= （1） 式中 m 为流过风轮的空气流量 T AV m ρ= （2） 于是 ()21V V AV T T -=ρ （3） 而作用在风轮上的轴向力又可写成 () -+-=p p A T （4） 由伯努利方程可得 ++=+p V p V T 222121ρρ （5） -+=+p V p V T 22222ρρ （6） 根据假设，p 1 = p 2，（5）式和（6）式相减可得
海上与陆地风机发电机组设计载荷工况的分析对比 邓英温和旭姚兴佳衣传宝王建国 沈阳工业大学风能技术研究所 110023 沈阳辽宁 摘要文章从兆瓦级风力发电机的结构特点和应用范围角度上，给出了海上和陆地风力发电机组主要特点和区别，特别是较详细的给出了海上风力发电机组四种工况41个条件下的载荷工况，与陆地风力发电机组IEC规定的载荷工况进行对比，得到机组设计中正常工况载荷、极端工况载荷、特殊工况载荷及安装运输工况载荷的主要特性，海上和陆上风机的载荷工况特点；特别是提出了设计中应当注意的几个问题，在进行技术设计时，首先是机组安全设计，然后是可靠性和使用寿命设计，最终达到海上风力发电机组可靠稳定运行。 1、概述 随着陆地风力发电技术的的日益成熟，陆地上的有限风能相继开发，人们又想到了海上丰富风能资源，考虑建设海上风电场。海上风电场的风速高于陆地风电场的风速，但海上风电场与电网联接的成本比陆地风电场要高。综合上述两个因素，海上风电场的成本和陆地风电场基本相同。这样一股建设海上风电场的的热潮在世界范围掀起，海上风力发电机的组成为业内关注的焦点，它与陆地风力发电机组的区别主要体现在地基建设的难度高，机组各部件载荷比陆地机组强度大，安全设计采用特殊安全等级。从外部特征上表现在不同之处如下：（1）、电网连接
国外好多海上风电场电网没有直接并网，而是采用AC(交流输电线)方式并入该地区的输电系统。但有些风电场如瑞典、挪威和德国的其联网方式采用直流方式，输电方式采用高压直流输电。 （2）、敷设海底电缆 海上风电场通过敷设海底电缆与主电网并联，为了降低捕鱼工具、锚等对海底电缆造成破坏的风险，海底电缆必须埋起来。如果底部条件允许，可用水冲海床(使用高压喷水)，然后使电缆置入海床而不是将电缆掘进或投入海床，这样做的方法最好。 （3）、联结电压 对于120-150兆瓦容量的风电场与30～33千伏的电压等级相联时，每个风电场中，会有一个30～150千伏变电站的平台和相应的辅助设备。与大陆的联结采用150千伏电压等级。 （4）、远程监控 海上风电场远程监控要比陆地远程监控更重要一些，海上风电场的工作人员难于跑到现场观测机组，采用远程智能监控更利于运行管理。（5）、定期检修 在天气条件比较恶劣的情况下，维修人员很难接近风机，风机得不到正常检修和维护，就会存在安全隐患。所以，确保海上风机高可靠性显得尤其重要。对于一些偏远的海上风电场，应合理设计风机的定期检修程序。 （6）、实验运行 为了保证机组的可靠性，海上风力发电机组必须通过实验运行，来验
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.
风力发电机组吊装过程中动载荷系数的 分析 摘要：本文通过风力发电机组在实际吊装过程中的计算载荷值、低速移动（提升）阶段的动载荷值、风速、气温等参数的对比，特别是针对大型超长柔性的风电叶片、组装后的风轮吊装，进一步分析现行的行业施工规范和相关规定中动载荷系数值的选取合理性。 关键词:计算载荷；动载荷；动载荷系数；抬吊；超长柔性叶片 [中图分类号]TK83[文献标识码]A 引言 近些年，随着国家“30.60碳中和、碳达峰”的提出，新能源风力发电项目的建设进入快速增长的阶段，《“十四五”可再生能源发展规划》报告的指出，我国在“十三五”期间，可再生能源实现了跨越式发展，装机规模稳居世界领先地位，利用小时数、装备制造业技术水平、产业核心竞争力迈上新台阶，取得了举世瞩目的成绩，为“十四五”可再生能源高质量发展奠定了坚实基础。特别是风电装机增长十分迅速，每年屡创新高，2019、2020、2021年新增吊装容量分别达到18.9GW、57.8GW、55.92GW，风电设备安装台数10916台、20401台、15911台。截止到2021年底，全国风电的累计装机达到328.5GW；机组的单机容量逐年增大，风力发电机组的叶片长度已由早期的40米左右发展到现在90米左右，机舱、轮毂的重量也发生了非常大的改变。在大量关于起重设备的研究中，关于风力发电机组设备安装的资料十分稀少，在实际工程工作中缺乏参考的文献。笔者在本文，通过风力发电机组在工程实际吊装过程中，对机舱、轮毂、叶片三种设备的实际载荷、起吊阶段的载荷值进行分析研究。
本文选取某300MW风电项目，安装风力发电机组型号为D131-2.5MW-H90，选 取叶片单独吊装、风轮（组装叶片）、机舱安装时的实际载荷值、理论计算值， 分提升至平稳阶段、平稳移动两个安装阶段的载荷数值进行分析比较。本次计算 吊车提升速度为慢速，在3m/min左右。风电机组主要设备机舱，重量93t, 长× 宽×高=10.6 m×4. 2 m×3.85m；单支叶片重量15t,长度54米；未组装叶片的 轮毂，重量29吨，直径4.4米，高4米。主力吊车采用徐工全地面式起重机 XCA1600，辅吊车采用三一汽车吊STC800T6,吊装过程严格最受设备厂家的操作规范。 一、吊装方案中对风力发电机组的设备吊装载荷的理论计算如下： 1.机舱：风机最重设备机舱：机舱重 93t（含工装），吊钩、吊钩绳及起吊 索具重量约为4t，实际载荷97t。动载荷系数 k1=1.1。计算载荷=（93+5） *1.1=107.8t。吊装选用徐工 1600 汽车吊，主吊车主臂 83.8 米+辅臂 27.5 米 工况，工作半径为 18m，额定起重量 124.8t。负荷率=107.8/124.8=86.4%<90%，满足现场规范要求。 2.单支叶片吊装：单片叶片重 15t，长 64m，本次吊装采用1台 XCA1600 汽车吊抬吊的方式进行吊装。采用 18t/12m 扁吊带（对折使用），两个吊带分 别连接到平衡梁的两端。汽车吊工况选用 91m 主臂，28m 工作半径，该工况下 吊车额定负荷 74.4t，吊钩、吊钩绳及起吊索具重量 1t，动载荷系数 k1=1.1。 计算载荷=（15+1）*1.1=17.6t。 负荷率=17.6/74.4=23.7%<90%，满足现场规范要求。 3.风轮的吊装：用2根40t*18m双眼扁平吊带环绕风轮的两根叶片根部，挂 在吊车吊钩上。由于风轮组装后的重量为74t，低于机舱的重量，所以此处省略 载荷计算。 二、设备吊装过程中的数据记录如下表： 表1：叶片单机吊装载荷值记录表
海上风力发电机组载荷设计工况研究及对比分析 作者：廖丹 来源：《科技视界》2017年第08期 【摘要】基于海上风电机组，本文主要分析介绍了海上和陆地风力发电机组工况上的区别，并依据海上风力发电机组的设计工况和模型分析方法，用Bladed软件进行海上风电机组的载荷计算，并与相应的陆上机组载荷进行了简单对比。 【关键词】海上风电机组；海上机组设计工况；载荷计算 0 概述 海上风力发电机组开发时，前期主要针对海上风资源研究（基本原理，风数据/坐标数据获取，模型方法，发电量，损失因素和不确定因素，预测），最重要的是对海上风载和浪载（载荷来源，工况与模型，浪载（疲劳和极限载荷）的分析和评估，之后再利用Bladed软件进行风波联合载荷等海上风电特殊载荷的计算。 1 陆上风力发电机组设计载荷工况[1] 陆上风力发电机组设计载荷工况包含以下八大类工况（DLC）： （1）发电工况（1.1～1.9）：风机模型应考虑风轮不平衡、风轮制造所规定的最大质量和气动不平衡限制、最佳运行工况实际同理论的偏差。在计算中应假设各种情况的最不利组合，如风向改变与典型偏航角度误差组合与电气接头损坏组合，应包含由大气湍流引起的载荷要求。1.3和1.6～1.9规定了作为风力发电机组寿命评定的可能临界事件的瞬态情况。在DLC1.4和1.5中，考虑了由于外部故障和电气接头损坏引起的瞬变事件。 （2）发电和产生故障（2.1～2.3）：假设控制和保护系统的任何故障，或电气系统的内部故障（如发电机短路）在发电期间发生。其中2.1，控制系统故障属正常事件。2.2，保护系统或内部电气系统故障为罕见事件。如果某一故障没引起立刻停机，随后的载荷可导致结构产生明显疲劳损伤，则应在2.3中定义这种工况持续的时间。 （3）启动（3.l～3.3）：包括从静止或空转状态到发电这一过渡期间产生载荷的所有事件。 （4）正常关机（4.1～4.2）：包括从发电到静止或空转状态的正常过渡期间产生载荷的事件。
台风条件下漂浮式海上风电机组设计及控制 策略 漂浮式海上风电机组是一种利用台风条件下的海洋风能发电的绿色能源装置。它利用强劲的风力驱动风轮旋转，进而转化为电能，为社会供应清洁、可再生能源。 在设计方面，漂浮式海上风电机组需要考虑到台风条件下的复杂环境和恶劣天气。该机组通常由漂浮式基座、风轮、传动系统、发电机以及电气控制系统组成。漂浮式基座采用浮筒或半潜式结构，能够在海洋波浪中稳定漂浮，并通过缆绳锚定。风轮设计考虑到高风速和恶劣环境的因素，采用轻质但强度足够的材料，以确保其在台风条件下的可靠性和稳定性。传动系统则负责将风轮的转动速度转化为发电机所需的转速，从而产生电能。发电机和电气控制系统将机械能转化为电能，并对输出电能进行调节和控制，确保可靠稳定供电。 在控制策略方面，漂浮式海上风电机组需要采取一系列措施以应对台风条件下的挑战。首先，通过使用传感器和监测系统实时监测台风的位置、风速和海浪情况，以及风电机组的状态，从而及时预测并应对可能出现的问题。其次，通过自适应控制算法调整风轮的角度和转速，以最大限度地利用风能，同时避免因风力过大而对机组造成损坏。此外，还需使用智能控制系统实现漂浮式基座的稳定和平衡，确保整个机组在台风条件下能够安全运行。
总的来说，台风条件下漂浮式海上风电机组的设计及控制策略是 一项复杂而关键的任务。通过合理的设计和控制策略，可以使风电机 组在台风条件下稳定高效地工作，为社会提供清洁、可靠的能源供应，同时推动可持续发展和环境保护。希望未来能够有更多的技术创新和 研究，进一步提升漂浮式海上风电机组在台风条件下的性能和可靠性，推动清洁能源发电技术的发展。
风力发电钢塔筒的荷载计算方法 和荷载组合研究 赵文涛曹平周陈建锋 (河海大学土木工程学院，江苏南京210098) (College of Civil Engineering, Hohai University, Nanjing 210098) [摘要] 目前我国相关规范和规程尚没有对风力发电钢塔筒给出具体的荷载计算方法。本文分析研究了风力发电塔筒的荷载特点，总结了风力发电钢塔筒的荷载计算方法和荷载组合。对水平气动载荷公式进行修正，提出修正系数0.4，并对某MW级风力发电塔筒的力学性能进行了有限元分析，提出塔筒设计时可变荷载中的第一可变荷载和最不利工况。 [关键词]风力发电；钢塔筒；荷载；有限单元法 ABSTRACT：At present, there are no specific load calculation methods about wind turbine tower in Chinese standards. In this paper, it was analyzed and summarized about load character, load calculation methods and loads combination. The paper proposes correction coefficient 0.4, while aerodynamic load equation was corrected. After finite element analysis of one MW wind turbine tower, the paper proposes the first variable load and the worst load case about the design of wind turbine tower. KEYWORDS：wind turbine; steel tower; load; finite element method 引言 风能作为一种绿色能源，得到世界各国的重视和开发利用。塔筒作为风力发电机和叶轮的支撑结构，其结构的安全可靠性是确保风力发电机组正常运转的关键因素之一。塔筒结构的设计，首先要涉及到荷载作用。除了自身的重力外，塔筒还要受到风轮和机舱的重力作用以及作用在塔身上的风荷载，另外还要受到通过风轮作用在塔筒顶端的气动荷载、偏转力、陀螺力和陀螺力矩等。塔筒所受荷载具有特殊性，目前我国还没有统一的风力发电塔筒承受作用计算方法，已建塔架考虑所受荷载采用的计算公式差别较大。本文分析风力发电塔筒的荷载特点，结合相关研究成果，总结系统的塔筒荷载作用类型和计算方法以及荷载组合方式。对某MW级风力发电塔筒的力学性能进行了有限元分析，提出塔筒设计时可变荷载中的第一可变荷载和最不利工况。 1 风力发电塔筒的荷载特点与荷载计算方法 1.1 风力发电塔筒的荷载特点 风力发电塔筒属于自立式高耸结构，风荷载通常是引起结构侧向位移和振动的主要因素，起控制作用。风力发电机的发展方向是容量增大，随之风轮直径加大，塔架高度增加，导致作用在塔身上的风荷载增大。研究表明，由风压增大造成的荷载增加要小于塔高增加引起挡风面积的增加而引起的荷载增加[1]。除了塔身受到风荷载作用，塔筒顶端还受到风轮和机舱传来的多种力和力矩作用。在风轮运行过程中，风轮将作用在其扫掠面上的气动荷载以及自转产生的转矩传给塔架。由于风轮直径较大，可达70m,作用在风轮扫掠面积上端的风速不同于下端的风速，这种风速分布的不均匀性以及风向的偏转会产生偏转力、偏转力矩及俯仰力矩。由于旋转着的风轮能够随着风向的改变自动调节迎风方向，即风轮会绕着塔筒轴线转动，因此塔筒还受到陀螺力和陀螺力矩的作用。 现代风机功率较大，塔筒高度较高，作用在塔壁上的风荷载沿塔高有较大变化。通过风轮和机舱传递给塔筒的荷载可以简化为沿三个坐标轴方向的集中力和力矩。风力发电塔筒受
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。
海上浮式风电机组刚柔耦合结构动力学建模与分析 彭春江;胡燕平;程军圣;沈意平 【摘要】基于凯恩方法和模态叠加法对三叶片水平轴海上浮式风电机组进行了刚柔耦合结构动力学建模和分析.首先建立浮式平台的水动力载荷模型,然后,把塔架和叶片等柔性件离散为有限个刚性单元体,并采用模态叠加法计算每一离散单元的偏速度和偏角速度,最后采用凯恩方法建立刚柔耦合结构动力学模型.以美国可再生能源实验室(NREL)海上5 MW半潜式风电机组为算例,结合气动力载荷模型和水动力载荷模型对所建立的模型进行了风、浪响应计算,主要从输出功率、叶尖及塔顶振动信号的耦合特性两个方面对海、陆风电机组进行了对比. 【期刊名称】《中国机械工程》 【年(卷),期】2016(027)004 【总页数】8页(P461-468) 【关键词】海上浮式风电机组;凯恩方法;模态叠加法;结构动力学建模;刚柔混合多体【作者】彭春江;胡燕平;程军圣;沈意平 【作者单位】湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室,长沙,410082;湖南科技大学,湘潭,411201;湖南科技大学,湘潭,411201;湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室,长沙,410082;湖南科技大学,湘潭,411201 【正文语种】中文 【中图分类】TK83
陆上及浅海风资源开发终会饱和，深海蕴藏丰富的风资源，利用浮式风电机组开发深海风资源是风电行业未来的发展方向[1]。海上浮式风电机组由浮式平台、塔架、机舱、轮毂、叶片、传动系统组成。其中，塔架和叶片属细长结构，在动力学研究中必须视为柔性体。而浮式平台的水动力作用使得整机系统耦合动力学行为和动态性能分析更加复杂。因此，必须运用刚柔混合多体动力学理论及水动力理论来建立海上浮式风电机组刚柔耦合结构动力学模型，以揭示海上浮式风电机组整机的复杂耦合振动关系，为海上浮式风电机组的设计、控制、优化提供理论基础。 目前在风电机组动力学建模与分析中[2-4]，大多针对风电机组局部进行建模，如 叶片、塔架、传动系统等，而对风电机组整机结构动力学建模的研究较少，特别是针对海上浮式风电机组整机结构的动力学建模。对于复杂多体系统建模，如果仅用矢量力学中的牛顿-欧拉法或分析力学中的虚功原理会使求解很繁琐。而凯恩方法 利用广义速率代替广义坐标描述系统的运动，直接利用达朗伯原理建立动力学方程，并将矢量形式的力与达朗伯惯性力直接向特定的基矢量方向投影以消除理想约束力，故凯恩方法兼有矢量力学和分析力学的特点[5]，可用于风电机组整机结构动力学 建模。但是，凯恩方法是针对刚体的建模，不考虑结构变形，而风电机组中的塔架、叶片必须考虑其柔性，因此在保持刚柔对接面上位移协调的基础上，需把柔性体离散为有限个可以看成刚体的离散单元。相关学者分别将凯恩方法结合混合有限元法[6]、模态叠加法[7]建立了陆上风电机组整机刚柔耦合结构动力学模型，并通过权 威仿真软件验证了方法的可行性。然而，海上浮式风电机组增加了具有六自由度的浮式平台，且必须考虑施加在其上的水动力载荷，因此，本文结合水动力载荷模型，采用凯恩方法和模态叠加法建立了海上浮式风电机组整机刚柔耦合结构动力学模型，并根据风电机组的风、浪激励响应对比及响应频谱分析，研究和分析了海上浮式风电机组的振动特性，波高、叶片锥角对振动响应的影响。 1.1 浮式平台自由度的定义
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 amplitude load,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 processing capacity.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》
海上漂浮式风力发电机组载荷计算软件特点分析 张开华;张智伟;陈明亮;吴俊辉;宋丽丽;常璐 【摘要】载荷计算是海上风电机组开发的关键性工作,准确的载荷仿真非常重要.在全面调研海上风电机组载荷仿真计算软件,尤其是浮式载荷仿真软件的基础上,简要介绍了主要计算软件的特点、新的改进及其发展趋势,以期对海上风电载荷计算工程师有所帮助. 【期刊名称】《水电与新能源》 【年(卷),期】2017(000)010 【总页数】6页(P63-68) 【关键词】海上风力发电机组;载荷计算;计算软件;深海 【作者】张开华;张智伟;陈明亮;吴俊辉;宋丽丽;常璐 【作者单位】上海绿色环保能源有限公司,上海 200433;上海绿色环保能源有限公司,上海 200433;华锐风电科技(集团)股份有限公司,北京 100872;华锐风电科技(集团)股份有限公司,北京 100872;华锐风电科技(集团)股份有限公司,北京 100872;华锐风电科技(集团)股份有限公司,北京 100872 【正文语种】中文 【中图分类】TM614 我国海上风资源丰富，海上风电作为典型的清洁能源越来越受到重视。与陆上风电场开发相比，海上风电具有不占用土地、风力更稳定、风速更高的优点。此外，海上风电对人类生产、生活的环境影响较小，因此，海上风电易于大型化、规模化发
展，必将成为未来全球风电开发的重要方向。 海上风电机组设计开发是一项比较复杂的工程，涉及到风浪流复杂恶劣的环境[1-2]，对技术的要求较高，如图1。载荷计算是海上风电机组开发非常重要的阶段，准确的载荷仿真非常重要。较早的专用风电机组载荷计算软件目前也有30多年的历史，但大部分软件的功能和精度是近十年才得到逐渐完善。海上风电机组载荷计算软件有相当一部分是在陆上风电机组载荷计算软件的基础上升级而来，也有用来设计开发海上风电机组，但其准确性并没有经过第三方认证机构的认证检验。目前海上风电组载荷计算软件正在改进和升级过程中。 目前海上风电机组载荷计算软件有很多款，功能也各不相同，但基本由4大功能 模块组成，即气动模块、水动力模块、结构动力学模块和控制模块，如果是漂浮式，还要有锚链模块，如图2，其采用的算法多半相近[3-5]。但由于对于深海漂浮式 风电机组整机动力学的耦合机理深入研究的缺乏，目前的载荷仿真计算软件多采用半耦合计算方法，即分别在风电机组气动—平台结构和平台结构—水动力学界面 上设置约束条件，强行耦合，各系统独立计算，或先算某种效应，然后再折合为附加质量或者附加载荷方法考虑计算其它一种效应，故而无法准确反映其耦合机制本质和影响[6]。有必要开发更有效的全耦合算法和仿真模型用于深海漂浮式风电机 组的设计和认证。 气动模块大部分采用动量叶素理论和广义动态尾迹理论，部分软件考虑动态失速修正。在部分软件中更先进和复杂的算法也逐渐加入到气动模块；水动力模块多采用线性波理论与莫里森方程相结合的方法[7]。部分来自船舶和海洋平台计算软件， 则采用了波辐射和散射修正的线性势流理论结合莫里森方程的方法，但由于漂浮式风电机组上部结构的特殊性，该算法的有效性尚不确定；结构动力学模块中的风电机组与漂浮式平台多采用模态法、有限元方法(FEM)或者多体动力学方法，系泊系统多采用准静态悬链线方程。部分风电机组专用结构动力学软件则采用假设模态法
漂浮式海上风电发展现状及趋势 随着风机单机容量的逐步增大，浅海面积的进一步受限，深水风电的发展已然成为开发可再生能源的必然趋势，而在深水风电的研究中最重要的就是漂浮式基础概念的提出。本文主要从风电机组的基础型式来对其技术发展进行阐述分析，重点论述了TLP（张力腿式平台）的发展现状，并例举阐述了国外典型TLP 平台的海上漂浮式风电项目，从而为我国大力发展漂浮式海上风电提供良好的借鉴作用。 标签：漂浮式风机;TLP平台;锚泊系统 Current status and trend of the offshore floating wind power——Take TLP For Example Abstract：With the enlargement of unit capacity of the wind turbine and the limited of the shallow sea area，the development of deepwater wind power has become an inevitable trend in the exploitation of renewable energy. Furthermore，the most important study of deepwater wind power is the proposal of the floating conception. In this paper，we mainly discussed the foundations of the floating wind turbine，and the current status of tension leg platform（TLP）is a focal point of a full paper. Also we illuminate the foreign offshore floating wind power projects with many typical TLP examples. Consequently，its technology can provide a good reference for the development of floating wind turbine in china. Keywords：Offshore floating wind power; TLP foundation; Mooring and anchoring systems 0引言 在石油资源形势日益严峻、全球气候逐渐变暖的情况下，海上风能作为一种新的可再生能源，由于其资源丰富受到了大多数国家的青睐。国家能源局已于《风电发展“十三五”規划》中明确指出：到2020年底，风电累计并网装机容量确保达到2.1亿千瓦以上，其中海上风电并网装机容量达到500万千瓦以上。由此可见，海上风电是风电产业未来发展的方向，也是我国能源结构转型的重要支撑。 海上风电根据海水深度可分为近海风电（水深<50m）和深海风电（水深>50m）两种型式。随着近海风资源的开发利用趋于饱和，以及风电机组单机容量的逐渐增大，海上固定式基础所面临的设计和施工挑战越来越大，而漂浮式风机本身为顺应系统，在环境条件作用下依靠系泊系统实现定位，对环境适应性更强，且视觉污染和噪音污染与近海风电相比较小，因此漂浮式海上风电技术的发展将在海上风电的跨越式发展中发挥重要的作用。欧洲、美国、日本等国家在海上风电事业的发展中一直处于领先地位，对于漂浮式基础的研究也较为成熟，因此，研究国外漂浮式海上风电技术可为我国向深远海风电场发展提供可能。
中国海洋大学 本科毕业论文（设计） 开题报告 题目基于Spar浮式风电支撑结构及 系泊系统设计 ________________ 院、系工程学院海洋工程系 专业年级船舶与海洋工程2010级 学生姓名 ________________________ 学号 ______________________________________ 指导教师 _________________ 教授_________ 教务处制表
2014年3月7日 、选题依据课题来源、选题依据和背景情况；课题研究目的、学术价值或实际应用价值
公里以外的海域的要求，也受到了相关部门的重视。这就使得风电场的建设将越来越深海化。深海化带来的问题使得固定式的风电基础随着水深的加深越发不经济，海上浮式风电的发展日益成为人们关注的对象。对于传统的海上浮式采油结构，国内外已有大量学者对其做个系统的研究，然而与传统的海洋油气产业相比，浮式风电有着其独特的特点，主要表现在：1浮式基础上的载荷小很多。风机连同支撑立柱的重量在数百吨而油气开发平台的重量在几千吨到数万吨。2投资回收期长、收益较油气开发低。3风电机组的收益远低于油气开发，受投资、收益限制，需开发适合（水深50-200米）的浮式风电基础结构及相应的系泊系统和安装装备。4浮式系统的运动响应控制更为严格。5所需要的数量远大于油气开采装置数量，要求大规模制造生产。而风电产业带来的经济效益不够明显造成的经济限制依旧海上浮式风电的产业化所面临的重大问题。但由于浮式风电基础相比于 传统的海洋工程浮式结构，体积小，重量轻，相对水深较浅使得对浮式结构的优化，在一定范围内减少成本投入，使其能够得到大规模产业化生产提供了可行性。
海上浮式风电机半潜式平台二阶水动力计算与响应特性分析彭春江;胡燕平;程军圣;沈意平 【摘要】提出了基于二次脉冲响应函数法的海上浮式风电机浮式平台二阶水动力计算方法,该方法基于三维势流理论用直接积分法求浮式平台的二次传递函数,并结合波高时程,将二次脉冲响应函数法应用于浮式平台二阶水动力的计算.把计算所得二阶水动力施加到海上浮式风电机整机时域动力学计算模型,计算二阶水动力的激励响应.以DeepCwind半潜式平台为算例,其上支撑美国可再生能源实验室5MW 参考风机.先对所提出的二阶水动力计算方法进行验证,再分别在无风和有风条件下,计算一阶水动力单独激励响应和一阶二阶水动力共同激励响应,通过对比响应幅值谱、响应统计值,分析二阶水动力的激励特性.结果表明,对于半潜式平台,慢漂力和平均漂移力有明显的激励作用,和频二阶水动力的激励作用可以忽略. 【期刊名称】《中国机械工程》 【年(卷),期】2016(027)007 【总页数】8页(P957-964) 【关键词】海上浮式风电机;半潜式平台;二阶水动力;二次传递函数;响应特性 【作者】彭春江;胡燕平;程军圣;沈意平 【作者单位】湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室,长沙,410082;湖南科技大学,湘潭,411201;湖南科技大学,湘潭,411201;湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室,长沙,410082;湖南科技大学,湘潭,411201 【正文语种】中文
【中图分类】TK83 为了开发水深超过60 m海域的风资源，在海上风电机组中配置固定式基座不再经济可行，因此提出了用浮式平台支撑风电机。浮式平台由于受到波的激励作用，其水动力特性相比固定式基座复杂得多，这使得浮式风电机整机动力学特性更加复杂。因此浮式平台水动力特性是海上风电技术研究的一个重要方面，而建立浮式平台水动力计算模型是浮式平台水动力研究的重要内容之一，是研究浮式风电机整机动力学特性的基础。 二阶水动力包括差频及和频二阶水动力，差频二阶水动力又包括平均漂移力和慢漂力。对于传统海上浮式结构，二阶水动力相比一阶水动力小一个数量级以上，对于海上浮式风电机，二阶水动力相比气动力更小，且存在气动阻尼，因此，目前对海上浮式风电机浮式平台水动力计算，只考虑一阶水动力，忽略了二阶及以上的水动力[1]。但Goupee等[2]和Koo等[3]在风、浪水池中，对海上浮式风电机进行模 型测试，发现二阶水动力相比一阶水动力和气动力虽然很小，但在不同的风浪环境下，能激起浮式平台的特征模态，产生共振响应，影响海上浮式风电机的运行性能和系泊系统的疲劳寿命。因此，在海上浮式风电机浮式平台水动力计算中考虑二阶水动力是必要的。 López-Pavón等[4]、Coulling等[5]根据二次传递函数和波高时程，用纽曼近似 法计算浮式平台的二阶水动力。纽曼近似法计算简单，有计算时间短的优势，但只有当浮体的固有频率很低且处在深水海域时计算出的二阶水动力才是有效的，而用二次脉冲响应函数法求平台的二阶水动力是一种相对直接的方法，虽然计算时间比纽曼近似法要长，但计算结果更接近试验测试数据[6]，且没有应用范围的约束， 更具通用性。 Karimirad[7]利用传统海上结构物时域非线性动力学计算程序计算风电机浮式平台的二阶水动力响应，计算中把风轮简化为风盘进行简单的风力计算，这样得到的二