水利水电技术 第40卷 2009年第9期
风电场建设中的风力发电机组选型
吕鹏远,邓志勇
(长江新能源开发有限公司,上海 200065)
摘 要:风力发电机组的选型不仅关乎到风电场建设造价,还影响投产后的发电量和运营成本,以及最终的上网电价,因此在风力发电场设计和建设中,风力发电机组的选型就显得很重要。文中结合慈溪风力发电场风力资源、地质情况和当地电网情况,依据风力发电机组等级等基本参数,综合经济性和LEC 安全性评价指标,对风电场的风电机组进行选型分析,风电场最终机组选为 类风机。
关键词:风电场;风力发电机组;选型
中图分类号:TK 83 文献标识码:
B 文章编号:1000 0860(2009)09 0057 03
Type selection of w ind t urbine units for w i n d far m
L Peng yuan,DENG Zh i yong
(Y angtze N e w Energ ies D eve l op m ent Co ,
L t d ,Shangha i 200065,Ch i na)
Abstrac t :The type se l ec tion o fw i nd t urb i ne i s related to not on l y the constructi on cost o fw i nd far m,but also t he operati ng cost and po w er output when putting i nto operation ,as w ell as t he fi na l pow er purchase price ,therefore ,the type se l ec tion of w ind tur b i ne is ve ry i m portant in the process of the desi gn and constructi on o fw i nd far m W ith t he comb i nati on o fw i nd resources ,geo l og ical cond itions and the local pow er grid for C i x iW i nd Far m,the ana lysis on the t ype selecti on o f t he w i nd t urbi ne units f o r the w i nd far m are m ade based on the basic para m ete rs o f grade of t he turb i ne unit and i ntegrated w i th the econom i c pe rf o r m ance and the i ndexes o f t he sa fety assess m ent made w i th LEC m ethod ,and t hen t he turbine un i ts o f C l ass II are fi nall y se lected for the w i nd far m
K ey word s :w i nd fa r m ;w ind turb i ne unit ;type se lecti on
收稿日期:
2009 05 31
作者简介:吕鹏远(1970 ),湖北大冶人,高级工程师,硕士。
风能作为一种可再生的清洁能源,以其储量大、分布广泛、没有污染等优势,受到世界各国越来越多的重视。风力发电是风能利用的主要形式,
是目前可再生能源中技术最成熟、最具有规模化开发条件和商业化发展前景的发电方式。一般陆上风力发电场建设的60%~70%投资都用在风机设备上,而现在国内的风机关键设备主要依靠进口,对外依赖性强,造成风力发电本身建设投资过高,影响投资者的积极性
[1~3]
。因此,在风电
场建设中风机设备选型最为关键,它既要考虑到风机设备运行的可靠性,同时又要考虑到风机设备运行的安全性,尤其要考虑风机设备运行的经济性。本文结合慈溪风力发电场风能资源、地质和电网情况,依据风力发电机组等级参数,综合
经济性和LEC 安全性评价指标,对风电场的风电机组进行选型。
1 风电场工程概况
浙江省慈溪风电场位于慈溪市北部附海镇东海潮间地带沿海滩涂,杭州湾跨海大桥下游南岸,距慈溪市区约18km,交通和接入系统条件较好。整个风电场的地貌以渔塘为主,地面高程一般0 3~2 20m,呈东西走向,分3个区域共布置33台风机机组。风电场采用3排平行排列的布置方式,各机组行间距约560~600m,列间距约650m 。
吕鹏远,等!风电场建设中的风力发电机组选型
1 1 气象资料分析
慈溪市地处北亚热带南缘,属季风气候区。风力发电机组选型的气象资料采用慈溪市气象站观测资料,1971~2004年多年平均风速为2 1m/s,年内各月平均风速较均匀,春季及台风期风速较大,3月和8月为大风月,风能资源全年分布比较平均。
1 2 现场测风资料分析
(1)代表年平均风速。
2004年6月慈溪市分别在徐家浦和四灶浦设立了2座测风塔,塔高均为40m。2005年5月30日又在徐家浦设立了70m测风塔,根据现场测风资料按照风切变指数推算出轮毂高度的风速数据,并整理得到徐家浦测风塔以2005年6月~2006年5月为代表年的年平均风速,如表1所列。
表1 70m测风塔所测年平均风速m/s 月份6月7月8月9月10月11月12月1月2月3月4月5月月均风速6 36 87 07 76 76 27 06 56 56 66 76 7年均风速6 72
(2)最大风速。
根据慈溪气象站10m高度的多年观测资料,其年平均风速为2 7m/s,极大风速(3s平均)为31 9m/s。根据气象站与风电场极大风速的相关分析,风电场70m处50年一遇最大风速(10m i n平均)为40 7m/s。
1 3 地质条件
(1)地震烈度。
风场地震动峰值加速度0 05g,相应地震基本烈度6度。
(2)场区地质条件评价。
场区上部1~3m土层为淤泥,工程性能差,属高压缩性土层;该层以下为砂质粉土粘土粉土粉砂类土,工程性能稍好,总体属中软软弱场地土,建筑场地类别为?类,风机基础采用桩基。场区20m 深范围内分布的砂质粉土,属不液化土层,可不考虑场地地震液化问题。
1 4 当地电网
慈溪市220kV水云变电所一期主变规模2# 180MV?A,预留有110kV间隔,距风电场直线距离约15km。慈溪风电场装机容量49 5MW,可以按一回110kV架空输电线路接入水云变。风电场与电网匹配,电网容量足够。
2 选型方案分析
风电场位于沿海滩涂地区,根据现场风能资源、地形、地质、电网等条件,结合目前国内风电机组的制造水平,本项目较适合安装1500k W风电机组。根据I EC61400-1,以场区内风速水平为划分标准,风电机组分为%~&共4个等级,如表2所列。
表2 风力发电机组等级基本参数
风力发电
机组等级
正常安全等级特殊安全等级
% ?&S
V re f/m?s-15042 537 530
V E/m?s-17059 552 542
V av e/m?s-1108 57 56
A
I15(-)0 180 180 180 18
A(-)2222
B
I15(-)0 160 160 160 16
a(-)3333
依据现场测风数据,本项目平均风速6 72m/s,对照表2可以选%类、 类、?类风机;依据最大风速,本项目50年一遇最大风速40 7m/s,对照表2基本可以选%类、 类风机。根据安全性原则,初步选定%类或 类风机。
2 1 初步选型方案经济性评价
以某厂生产的%类、 类风机为例进行经济性分析,其机组性能参数如表3所列。
表3 风电机组特性参数m/s 项 目%类 类
切入风速44
额定功率风速1311 8
切出风速2518
(1)切入风速经济性比较。
两类风机的切入风速相同,机组发电量相同,可以认为就切入风速来说%类和 类风机的经济性相同。
(2)切出风速经济性比较。
查对代表年风速记录,代表年中小时平均风速超过18m/s的时间只有2005年8月5日、6日;2005年12月4日、21日。代表年中小时平均风速超过18m/s测风记录如图1所示。
从图1可以看出,代表年中%类风机切出风速累计时间为0h; 类风机切出风速累计时间为29h。在全年中切出风速对发电量的影响很小,几乎可以认为就切出风速来说%类和 类风机的经济性相同。
(3)额定功率风速经济性比较。
采用代表年小时平均风速中达到额定风速的小时数进行比较,按照每月进行统计,统计如表4所列。
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图1 年中小时平均风速超过18m /s 的风速分布
表4 额定风速小时数统计
h
年-月2005-062005-072005-082005-092005-102005-112005-122006-012006-022006-032006-042006-05%类4373618261453197143230 类
19
72
79
76
49
32
80
53
33
62
67
73
从表4中可以统计出代表年中%类风机小时平均风速达到及超过额定风速时间为290h;代表年中 类风机小时平均风速达到或超过额定风速时间为695h ,减去表4中切出风速时间29h ,则可以满发时间为666h 。 类风机满发的时间比%类风机多很多,经济效益 类风机比%类风机好。
通过切入风速、切出风速和额定风速经济性比较,认为 类风机经济性好。
2 2 选型方案安全性评价
本文采用作业条件危险性评价法(LEC 法)进行评价,该法是将一个危险源按照发生事故的可能性(L )、暴露于危险环境的频繁程度(E )、发生事故产生的后果(C )3个指标进行测评,按照数学模型D =L #E #C 确定危险等级,然后进行风险控制策划[4]
。
对于%类风机,可以承受的最大风速是50m /s ,慈溪50年一遇最大风速是40 7m /s ,因此取L =0 2(事故发生地可能性为极不可能);取E =0 5;取C =100;则D =10,为1级风险。对于 类风机,可以承受的最大风速是42 5m /s ,慈溪50年一遇最大风速是40 7m /s ,因此取L =1(事故发生地可能性为可能性小,完全意外);取E =
0 5;取C =100;则D =50,为2级风险。
通过安全性评价,%类风机稍有风险,可以接受; 类风机为一般风险,需要注意。
3 结 论
根据以上经济性和安全性评价,慈溪风电场1 5MW 风力发电机组选 类风机,经济性好,属于一般风险。按照风险控制策划中消除风险、降低风险和个人防护的原则,在设备采购时与设计单位协商尽可能降低风险;在设备运行过程中加强台风预警制度,在接到11级及以上台风预报时运行人员应做好相关设备及人员防护措施。参考文献:
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京:机械工业出版社,2004
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[4] 王 新 安全评价(第三版)[M ] 北京:煤炭工业出版社,
2005
(责任编辑 林雁庆)
?简 讯?
河海大学水资源调配科研成果达国际先进水平
河海大学主持完成的?基于多主体合作和供应链的水资源现代调配管理理论、关键技术与应用(于8月16日在北京通过了成果鉴定。由中国水利水电科学研究院王浩院士为主任、清华大学张楚汉院士为副主任的鉴定委员会一致认为,该项目成果对解决我国水资源现代调配管理的关键技术具有重要的开拓性意义,成果整体达到国际先进水平。其中在基于多主体合作的水资源现代集成管理理论、方法与应用,基于供应链的水资源现代集成管理系统工程关键技术等方面,处于国际领先水平。
?基于多主体合作和供应链的水资源现代调配管理理论、关键技术与应用(项目由河海大学水文水资源与水利工程科学
国家重点实验室水经济与管理团队学术带头人王慧敏教授主持,合作完成单位有水利部海河水利委员会、南京水利科学研究院、漳河上游管理局、南水北调东线江苏水源有限责任公司。该项目自2002年启动,历时7年,在6项国家自然科学和社会科学基金项目、4项水利部科技计划项目的支撑下,对水资源现代调配管理的理论、技术与应用开展系统研究,研究成果已在漳河水系、海河流域水资源调配管理、安徽茨淮新河水利现代集成管理系统工程、南水北调东线工程江苏段运营管理等工程中得到应用,取得了显著的经济效益和社会效益。
(摘自?中国水利国际合作与科技网(2009年8月21日)
风力发电机原理及结构 风力发电机是一种将风能转换为电能的能量转换装置，它包括风力机和发电机两大部分。空气流动的动能作用在风力机风轮上，从而推动风轮旋转起来，将空气动力能转变成风轮旋转机械能，风轮的轮毂固定在风力发电机的机轴上，通过传动系统驱动发电机轴及转子旋转，发电机将机械能变成电能输送给负荷或电力系统，这就是风力发电的工作过程。 1、风机基本结构特征 风力机主要有风轮、传动系统、对风装置（偏航系统）、液压系统、制动系统、控制与安全系统、机舱、塔架和基础等组成。 （1）风轮 风力机区别于其他机械的主要特征就是风轮。风轮一班有2~3个叶片和轮毂所组成，其功能是将风能转换为机械能。 风力发电厂的风力机通常有2片或3片叶片，叶尖速度50~70m/s，3也片叶轮通常能够提供最佳效率，然而2叶片叶轮及降低2%~3%效率。更多的人认为3叶片从审美的角度更令人满意。3叶片叶轮上的手里更平衡，轮毂可以简单些。 1）叶片叶片是用加强玻璃塑料（GRP）、木头和木板、碳纤维强化塑料（CFRP）、钢和铝职称的。对于小型的风力发电机，如叶轮直径小于5m，选择材料通常关心的是效率而
不是重量、硬度和叶片的其他特性，通常用整块优质木材加工制成，表面涂上保护漆，其根部与轮毂相接处使用良好的金属接头并用螺栓拧紧。对于大型风机，叶片特性通常较难满足，所以对材料的选择更为重要。 目前，叶片多为玻璃纤维增强负荷材料，基体材料为聚酯树脂或环氧树脂。环氧树脂比聚酯树脂强度高，材料疲劳特性好，且收缩变形小，聚酯材料较便宜它在固化时收缩大，在叶片的连接处可能存在潜在的危险，即由于收缩变形，在金属材料与玻璃钢之间坑能产生裂纹。 2）轮毂轮毂是风轮的枢纽，也是叶片根部与主轴的连接件。所有从叶片传来的力，都通过轮毂传到传动系统，在传到风力机驱动的对象。同时轮毂也是控制叶片桨距（使叶片作俯仰转动）的所在。 轮毂承受了风力作用在叶片上的推理、扭矩、弯矩及陀螺力矩。通常安装3片叶片的水平式风力机轮毂的形式为三角形和三通形。 轮毂可以是铸造结构，也可以采用焊接结构，其材料可以是铸钢，也可以采用高强度球墨铸铁。由于高强度球墨铸铁具有不可替代性，如铸造性能好、容易铸成、减振性能好、应力集中敏感性低、成本低等，风力发电机组中大量采用高强度球墨铸铁作为轮毂的材料。 轮毂的常用形式主要有刚性轮毂和铰链式轮毂（柔性轮毂
截至2013年底，国内约30家大型风电机组整机制造企业已向国内外风电市场提供了合格的大型风电机组整机产品。2013年在我国风电场建设中，国产风电机组的市场占有率达到94%，大幅超过外资企业。其中，在国内新增总装机占比中，金风科技的份额最大，占23.31%；联合动力第二，占9.25%；广东明阳第三，占7.99%。通过对我国大型风电机组发展情况的分析，归纳出我国大型风电机组技术主要呈现如下特点。 1 水平轴风电机组是主流 水平轴风电机组的应用已近100年。由于水平轴风电机组的风轮具有风能转换效率高、传动轴较短、控制和制动技术成熟、制造成本较低、并网技术可靠等优点，近年来大型并网水平轴风电机组得到快速发展，使大型双馈式和直驱永磁式等水平轴风电机组成为国内大型风电场建设所需的主流机型，并在国内风电场建设中占到100%的市场份额。 2 垂直轴风电机组有所发展 大型垂直轴风电机组因具有全风向对风、变速装置及发电机可置于风轮下方或地面等优点。近年来相关研究和开发也在不断进行并取得一定进展，单机试验示范正在进行，在美国已有大型垂直轴风电机组在风电场运行，但在我国还无垂直轴风电机组产品在风电场成功应用的先例。 3 风电机组单机容量持续增大 近年来，国内风电市场中风电机组的单机容 我国大型风电机组技术发展情况 中国农业机械化科学研究院 ■ 沈德昌 量持续增大，2012年新安装机组的平均单机容量达1.65 MW ， 2013年为1.73 MW 。2013年我国风电场安装的最大风电机组为6 MW 。 随着单机容量不断增大和利用效率的提高，国内主流机型已从2005年的750～850 kW 增加到2014年的1.5～2.5 MW 。 近年来，海上风电场的开发进一步加快了大容量风电机组的发展。我国华锐风电的3 MW 海上风电机组已在海上风电场批量应用。3.6、4、5、5.5、6和6.5 MW 的海上风电机组已陆续下线或投入试运行。目前，华锐、金风、联合动力、湖南湘电、重庆海装、东方汽轮机、广东明阳和太原重工等公司都已研制出5～6.5 MW 的大容量海上风电机组产品。 4 变桨变速功率调节技术得到全面应用 由于变桨距功率调节方式具有载荷控制平稳、安全高效等优点，近年在大型风电机组上得到广泛应用。结合变桨距技术的应用及电力电子技术的发展，大多数风电机组制造厂商采用了变速恒频技术，并开发出变桨变速风电机组，在风能转换效率上有了进一步完善和提高。从2012年起，国内定桨距并网风电机组已停止生产，在全国安装的风电机组全部采用了变桨变速恒频技术。2 MW 以上的风电机组大多采用3个独立的电控调桨机构，通过3组变速电机和减速箱对桨叶分别进行闭环控制。 5 双馈异步发电技术仍占主导地位 外资企业如丹麦V estas 公司、西班牙Gamesa 收稿日期：2014-11-27 通信作者：沈德昌 ，男，研究员，中国农业机械化科学研究院。shendc06@https://www.doczj.com/doc/994974528.html,
北京鉴衡认证中心 风力发电机组载荷计算 北京鉴衡认证中心 发言人：韩炜 2008-4-14 w w w .s i m o s o l a r .c o m
北京鉴衡认证中心 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 w w w .s i m o s o l a r .c o m
北京鉴衡认证中心 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。w w w .s i m o s o l a r .c o m
北京鉴衡认证中心 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 w w w .s i m o s o l a r .c o m
风力发电机组载荷计算标准 ? 陆上风机：GB18451.1（2001）；IEC61400-1（1999， 2005）；GL Guideline2003；… ? 海上风机：IEC61400-3；GL Guideline (Offshore) 2005? DNV- OS-J101 … 风力发电机组载荷计算 w w w. s i m o s o l a r.c o m 北京鉴衡认证中心
北京鉴衡认证中心 风力发电机组设计等级 （IEC61400-1：1999） 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 w w w .s i m o s o l a r .c o m
( 安全管理 ) 单位：_________________________ 姓名：_________________________ 日期：_________________________ 精品文档 / Word文档 / 文字可改 大型风力发电机组控制系统的安全保护功能(新编版) Safety management is an important part of production management. Safety and production are in the implementation process
大型风力发电机组控制系统的安全保护功 能(新编版) 1制动功能 制动系统是风力发电机组安全保障的重要环节，在硬件上主要由叶尖气动刹车和盘式高速刹车构成，由液压系统来支持工作。制动功能的设计一般按照失效保护的原则进行，即失电时处于制动保护状态。在风力发电机组发生故障或由于其他原因需要停机时，控制器根据机组发生的故障种类判断，分别发出控制指令进行正常停机、安全停机以及紧急停机等处理，叶尖气动刹车和盘式高速刹车先后投入使用，达到保护机组安全运行的目的。 2独立安全链 系统的安全链是独立于计算机系统的硬件保护措施，即使控制系统发生异常，也不会影响安全链的正常动作。安全链采用反逻辑
设计，将可能对风力发电机造成致命伤害的超常故障串联成一个回路，当安全链动作后，将引起紧急停机，执行机构失电，机组瞬间脱网，从而最大限度地保证机组的安全。发生下列故障时将触发安全链：叶轮过速、看门狗、扭缆、24V电源失电、振动和紧急停机按钮动作。 3防雷保护 多数风机都安装在山谷的风口处或海岛的山顶上，易受雷击，安装在多雷雨区的风力发电机组受雷击的可能性更大，其控制系统最容易因雷电感应造成过电压损害，因此在600kW风力发电机组控制系统的设计中专门做了防雷处理。使用避雷器吸收雷电波时，各相避雷器的吸收差异容易被忽视，雷电的侵入波一般是同时加在各相上的，如果各相的吸收特性差异较大，在相间形成的突波会经过电源变压器对控制系统产生危害。因此，为了保障各相间平衡，我们在一级防雷的设计中使用了3个吸收容量相同的避雷器，二、三级防雷的处理方法与此类同。控制系统的主要防雷击保护：①主电路三相690V输入端（即供给偏航电机、液压泵等执行机构的前段）
风力发电机介绍 目录 1. 风力发电发展的推动力 2.风力发电的相关参数 2.1.风的参数 2.2.风力机的相关参数（以水平轴风力机为例） 3.风力机的种类 3.1.水平轴风力机 3.2.垂直轴风力机 4.水平轴风力机详细介绍 4.1.风轮机构 4.2.传动装置 4.3.迎风机构 4.4.发电机 4.5.塔架 4.6.避雷系统 4.7.控制部分 5.风力发电机的变电并网系统 5.1.（恒速）同步发电机变电并网技术
5.2.（恒速）异步发电机变电并网技术 5.3.交—直—交并网技术 5.4.风力发电机的变电站的布置 6.风力发电场 7.风力机发展方向 1. 风力发电发展的推动力： 1) 新技术、新材料的发展和运用； 2) 大型风力机制造技术及风力机运行经验的积累； 3) 火电发电成本（煤的价格）上涨及环保要求的提高（一套脱硫装置价格相当 一台锅炉价格）。 2. 风力发电的相关参数： 2.1. 风的参数： 2.1.1. 风速： 在近300m的高度内，风速随高度的增加而增加，公式为： V：欲求的离地高度H处的风速； V0：离地高度为H0处的风速（H0=10m为气象台预报风速的高度）； n：与地面粗糙度等因素有关的指数，平坦地区平均值为0.19～0.20。 2.1.2. 风速频率曲线：
在一年或一个月的周期中，出现相同风速的小时数占这段时间总小时数的百分比称风速频率。 图1：风速频率曲线 2.1. 3. 风向玫瑰图(风向频率曲线)： 在一年或一个月的周期中，出现相同风向的小时数占这段时间总小时数的百分比称风向频率。以极座标形式表示的风向频率图叫风向玫瑰图。 图2：风向玫瑰图
垂直轴风轮涡轮式风力发电机组 技术说明书 二〇一一年五月二十六日
一、项目概述 硕普智能科技有限公司是一家具有国际背景的高科技企业集团。其团队由国内外的高级技术专家所组成。集团主要研发、生产具有国际水平的风力发电设备和风力发电场建设。硕普公司法人连志敏先生是从新西兰回国的技术专家，是新西兰研制垂直轴涡轮风电机组和智能控制技术的发明人。连志敏先生长期致力于垂直轴涡轮风力发电设备的研究，拥有国际发明专利一项，国内发明专利五项：国际专利： 智能垂直轴增压集风式风力发电机组 （专利申请号：PCT/CN2008/071744） 国内专利： 1、分布复合式能源系统 （专利号：200610063278.9） 2、智能全天候风力发电机组 （专利号：200610157277.0） 3、智能复合式发电能源塔 （专利号：200610157273.0） 4、智能垂直轴助吹式风力发电机组 （专利号：200710075268.1） 5、智能垂直轴增压集风式风力发电机组 （专利号：200710075267.1）
二、垂直轴涡轮式发电机组介绍 垂直轴涡轮式风力发电机组涉及了一种利用风力、涡轮效应、烟囱效应、集风体产生的正负压差、旋转气流的瞬间爆发力来推动传动系统的垂直轴风轮涡轮式风力发电机组做功发电，该机组包括由控制系统、组合钢架、多台发电机组、双层机房、垂直轴、联轴器、可转集风体&整流板、组合式风腔、垂直风轮、水平桨叶、支撑组合架、轴承。该机组以风力的大小、电机转速来同步控制进风百叶及出风百叶的角度及控制多电机的联动，以使风力发电机组全风况、最大化的发电。 垂直轴涡轮式风力发电机组具有以下特点： 1、体积小 采用多层、统一的结构和桨叶，模块式组装，标准构件体积小，易运输和安装。 2、效率高 应用集风、整流、磁悬浮风电系统，由于采用智能程控多发电机联动工作，可根据风机的转数及风力大小增减电机并机数量，并有多重蓄能方式。可根据多风况调节发电，从1级风到12级风都可以运行。将风能利用率从传统风电的28%提高到80%以上，每年发电小时数可以提高到6500小时（传统风电每年只能发电2500小时左右）。 3、造价低
风力发电机组偏航系统详细介绍2012-12-15 资讯频道 偏航系统的主要作用有两偏航系统是水平轴式风力发电机组必不可少的组成系统之一。 使风力发电机组的风轮始终处于迎风状态，其一是与风力发电机组的控制系统相互配合，个。以保障风力发其二是提供必要的锁紧力矩，充分利用风能，提高风力发电机组的发电效率；被动风力发电机组的偏航系统一般分为主动偏航系统和被动偏航系统。电机组的安全运行。舵轮常见的有尾舵、偏航指的是依靠风力通过相关机构完成机组风轮对风动作的偏航方式，常见的有主动偏航指的是采用电力或液压拖动来完成对风动作的偏航方式，和下风向三种；通常都采用主动偏航的齿轮驱动对于并网型风力发电机组来说，齿轮驱动和滑动两种形式。形式。 1．偏航系统的技术要求 1.1. 环境条件 在进行偏航系统的设计时，必须考虑的环境条件如下： 1). 温度； 2). 湿度； 3). 阳光辐射； 雨、冰雹、雪和冰；4). 5). 化学活性物质； 机械活动微粒；6). 盐雾。风电材料设备7). 近海环境需要考虑附加特殊条件。8). 应根据典型值或可变条件的限制，确定设计用的气候条件。选择设计值时，应考虑几 气候条件的变化应在与年轮周期相对应的正常限制范围内，种气候条件同时出现的可能性。不影响所设计的风力发电机组偏航系统的正常运行。 1.2. 电缆 必须使电缆有足够为保证机组悬垂部分电缆不至于产生过度的纽绞而使电缆断裂失效， 电缆悬垂量的多少是根据电缆所允许的扭转角度确定的悬垂量，在设计上要采用冗余设计。的。阻尼1.3. 偏航系统在机组为避免风力发电机组在偏航过程中产生过大的振动而造成整机的共振， 阻尼力矩的大小要根据机舱和风轮质量总和的惯性力矩来偏航时必须具有合适的阻尼力矩。只有在其基本的确定原则为确保风力发电机组在偏航时应动作平稳顺畅不产生振动。确定。阻尼力矩的作用下，机组的风轮才能够定位准确，充分利用风能进行发电。 1.4. 解缆和纽缆保护 偏航系统的偏航动解缆和纽缆保护是风力发电机组的偏航系统所必须具有的主要功能。 所以在偏航系统中应设置与方向有关的计数作会导致机舱和塔架之间的连接电缆发生纽绞，检测装置或类一般对于主动偏航系统来说，装置或类似的程序对电缆的纽绞程度进行检测。对于被动偏航系统检测装置或类似似的程序应在电缆达到规定的纽绞角度之前发解缆信号；偏航系并进行人工解缆。的程序应在电缆达到危险的纽绞角度之前禁止机舱继续同向旋转，一般与偏航圈统的解缆一般分为初级解缆和终极解缆。初级解缆是在一定的条件下进行的，这个装置的控制逻纽缆保护装置是风力发电机组偏航系统必须具有的装置，数和风速相关。辑应具有最高级别的权限，一旦这个装置被触发，则风力发电机组必须进行紧急停机。偏航转速 1.5. 1 对于并网型风力发电机组的运行状态来说，风轮轴和叶片轴在机组的正常运行时不可避免的产生陀螺力矩，这个力矩过大将对风力发电机组的寿命和安全造成影响。为减少这个力矩对风力发
风力发电机组风轮叶片产品认证实施规则北京鉴衡认证中心 编号：CGC-R46002：2012 风力发电机组风轮叶片 产品认证实施规则 北京鉴衡认证中心 2012年06月
目录 1. 适用范围 (1) 2. 认证模式 (1) 3. 认证实施的基本要求 (1) 3.1 认证申请 (1) 3.3 型式试验 (1) 3.4 工厂审查 (2) 3.5认证结果评价与批准 (3) 3.6获证后监督 (4) 4. 认证证书 (5) 4.1 认证证书的保持 (5) 4.2 认证证书覆盖产品的扩展 (5) 4.3认证证书的暂停、注销和撤销 (6) 5. 产品认证标志的使用规定 (6) 5.1 准许使用的标志样式 (6) 5.2 变形认证标志的使用 (6) 5.3 加施方式 (6) 5.4 加施位置 (6) 6. 认证收费 (6) 附件1 风力发电机组风轮叶片产品认证申请所需提交文件资料清单 (7) 附件2 风力发电机组风轮叶片设计文档要求 (9) 附件3 风力发电机组风轮叶片型式试验方案要求 (10) 附件4 产品认证工厂质量保证能力要求 (12) 附件5 评估资料企业代管申请表 (16) 附件6 代管资料证明书 (17)
1. 适用范围 本规则适用于风轮扫掠面积等于或大于200m2的水平轴风力发电机组风轮叶片产品认证。 2. 认证模式 设计评估+ 型式试验+ 工厂审查+ 获证后监督 3. 认证实施的基本要求 3.1 认证申请 3.1.1认证申请单元划分 认证单元的划分按照产品型号进行划分。同一制造商、同一产品型号，不同生产场地生产的产品应作为不同的申请单元。但不同生产场地生产的相同产品可只做一次型式试验。 3.1.2 申请时需要提交的技术文件资料 产品认证申请所需提交的图纸和文件资料见“风力发电机组风轮叶片产品认证申请所需提交文件资料清单”（附件1）。 3.1.3 评估资料企业代管申请(适用时) 对于附件1“风力发电机组风轮叶片产品认证申请所需提交文件资料清单”的部分文件资料，如果申请认证的单位出于“技术保密”的理由，不方便移交我方带走封存的，可以由申请认证的单位提出认证评估资料代管申请（见附件5）“评估资料企业代管申请表”，并列出代管资料清单，经过我方审批申请、审查资料、加盖审批章/备查章以及加封（贴封条）后，由申请认证的单位保管、出具代管资料证明书（见附件6）“代管资料证明书”。申请认证的单位在认证有效期内务必妥善保管资料，不得拆封、挪用、修改、损坏，以备我方随时查阅。 3.2设计评估 鉴衡认证中心将依据GB/T 25383-2010 《风力发电机组风轮叶片》，或鉴衡认证中心认可的其他标准和适用技术要求，并结合产品的设计条件和预定用途，对所收到的图纸和文件进行符合性审查。 设计文档内容应满足“设计文档要求”（附件2）。 3.3 型式试验 3.3.1型式试验方案（以下简称试验方案）的确定 申请方应根据认证依据的标准和适用技术要求，拟定试验方案，提交认证机构审查。试验方案应明确检测项目、方法、条件及合格判定依据的标准、技术要
风力发电机结构介绍 风力发电机组是由风轮、传动系统、偏航系统、液压系统、制动系统、发电机、控制与安全系统、机舱、塔架和基础等组成。该机组通过风力推动叶轮旋转，再通过传动系统增速来达到发电机的转速后来驱动发电机发电，有效的将风能转化成电能。风力发电机组结构示意图如下。 1、叶片 2、变浆轴承 3、主轴 4、机舱吊 5、齿轮箱 6、高速轴制动器 7、发电机 8、轴流风机 9、机座 10、滑环 11、偏航轴承 12、偏航驱动 13、轮毂系统 各主要组成部分功能简述如下 （1）叶片叶片是吸收风能的单元，用于将空气的动能转换为叶轮转动的机械能。叶轮的转动是风作用在叶片上产生的升力导致。由叶片、轮毂、变桨系统组成。每个叶片有一套独立的变桨机构，主动对叶片进行调节。叶片配备雷电保护系统。风机维护时，叶轮可通过锁定销进行锁定。 （2）变浆系统变浆系统通过改变叶片的桨距角，使叶片在不同风速时处于最佳的吸收风能的状态，当风速超过切出风速时，使叶片顺桨刹车。 （3）齿轮箱齿轮箱是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机，并使其得到相应的转速。 （4）发电机发电机是将叶轮转动的机械动能转换为电能的部件。明阳se
机组采用是带滑环三相双馈异步发电机。转子与变频器连接，可向转子回路提供可调频率的电压，输出转速可以在同步转速±30%范围内调节。 （5）偏航系统偏航系统采用主动对风齿轮驱动形式，与控制系统相配合，使叶轮始终处于迎风状态，充分利用风能，提高发电效率。同时提供必要的锁紧力矩，以保障机组安全运行。 （6）轮毂系统轮毂的作用是将叶片固定在一起，并且承受叶片上传递的各种载荷，然后传递到发电机转动轴上。轮毂结构是3个放射形喇叭口拟合在一起的。 （7）底座总成底座总成主要有底座、下平台总成、内平台总成、机舱梯子等组成。通过偏航轴承与塔架相连，并通过偏航系统带动机舱总成、发电机总成、变浆系统总成。 se型风电机组主要技术参数如下： （1）机组： 机组额定功率：1500kw 机组起动风速：3m/s 机组停机风速： 25m/s 机组额定风速： m/s （2）叶轮： 叶轮直径： 叶轮扫掠面积：5316m2 叶轮速度： 叶轮倾角： 5o 叶片长度： 叶片材质：玻璃纤维增强树脂 （3）齿轮箱： 齿轮箱额定功率：1663kw 齿轮箱转速比： （4）发电机： 发电机额定功率：1550kw
第一节风电机组结构 1．外部条件 根据最大抗风能力和工作环境的恶劣程度，按强度变化的程度对风电机组进行分级。根据IEC61400设计标准，共分为4级。 一类风场I：参考风速为50m/s，年平均风速为10m/s，50年一遇极限风速为70m/s，一年一遇极限风速为s； 二类风场II：参考风速为s，年平均风速为s，50年一遇极限风速为s，一年一遇极限风速为s； 三类风场III：参考风速为s，年平均风速为s，50年一遇极限风速为s，一年一遇极限风速为s； 四类风场IV：低于三类风场风速，属低风速区，鲜有商业风电场开发。 对电网的要求：电压波动为额定值±10%，频率波动为额定值±5%。2．机械结构 总体描述 整机是建立在钢结构底座上，该结构应具有很大的强韧度，底部由坚固底法兰组成，风电机组所有的主要部件都连接于其上。 发电机固定位置与机舱轴线偏离,以使得风电机组在满载运行时，整机质心与塔架和基础中心相一致。 偏航机构直接安装在机舱底部，机舱通过偏航轴承与偏航机构连
接，并安装在塔架上，整个机舱底部对叶轮转子到塔架造成的动力负载和疲劳负荷有很强的吸收作用。 机舱座上覆盖有机舱罩，材料是玻璃钢，具有轻质高强的特点，有效地密封，以防止外界侵蚀，如雨、潮湿、盐雾、风砂等。产品生产采用多种工艺，包括：滚涂、轻质RTM、真空灌注等，机舱罩主体部分设置PVC泡沫夹层，以增加强度。内层设置消音海绵，以降低主机噪声。 机舱上安装有散热器，用于齿轮箱和发电机的冷却；同时，在机舱内还安装有加热器，使得风电机组在冬季寒冷的环境下，机舱内保持在10℃以上的温度。 载荷情况 - 启动：从任一静止位置或空转状态到发电过渡期间，对风电机组产生的载荷。 - 发电：风电机组处于运行状态，有电负荷。 - 正常关机：从发电工况到静止或空转状态的正常过渡期间，对风电机组产生的载荷。 - 紧急关机：突发事件（如故障、电网波动等），引起的停机。 - 停机：停机后的风电机组叶轮处于静止状态，采用极端风况对其进行设计。 - 运输/安装/维护：整体装配结构便于运输，安装、维护易于实施。 叶片
风力发电机组的分类及各自特点 风力发电机组的分类及各自特点 风力发电机组主要由两大部分组成： 风力机部分――它将风能转换为机械能； 发电机部分――它将机械能转换为电能。 根据风机这两大部分采用的不同结构类型、以及它们分别采用的技术方案的不同特征，再加上它们的不同组 合，风力发电机组可以有多种多样的分类。 (1) 如依风机旋转主轴的方向（即主轴与地面相对位置）分类，可分为： “水平轴式风机”――转动轴与地面平行，叶轮需随风向变化而调整位置； “垂直轴式风机”――转动轴与地面垂直，设计较简单，叶轮不必随风向改变而调整方向。 (2) 按照桨叶受力方式可分成“升力型风机”或“阻力型风机”。 (3) 按照桨叶数量分类可分为“单叶片”﹑“双叶片”﹑“三叶片”和“多叶片”型风机；叶片的数目由很 多因素决定，其中包括空气动力效率、复杂度、成本、噪音、美学要求等等。 大型风力发电机可由1、2 或者3 片叶片构成。 叶片较少的风力发电机通常需要更高的转速以提取风中的能量，因此噪音比较大。而如果叶片太多，它们之 间会相互作用而降低系统效率。目前3 叶片风电机是主流。从美学角度上看，3 叶片的风电机看上去较为平衡和美观。 (4) 按照风机接受风的方向分类，则有“上风向型”――叶轮正面迎着风向（即在塔架的前面迎风旋转）和 “下风向型”――叶轮背顺着风向，两种类型。 上风向风机一般需要有某种调向装置来保持叶轮迎风。 而下风向风机则能够自动对准风向, 从而免除了调向装置。但对于下风向风机, 由于一部分空气通过塔架后再吹向叶轮, 这样, 塔架就干扰了流过叶片的气流而形成所谓塔影效应,使性能有所降低。 (5) 按照功率传递的机械连接方式的不同，可分为“有齿轮箱型风机”和无齿轮箱的“直驱型风机”。 有齿轮箱型风机的桨叶通过齿轮箱及其高速轴及万能弹性联轴节将转矩传递到发电机的传动轴,联轴节具有很 好的吸收阻尼和震动的特性，可吸收适量的径向、轴向和一定角度的偏移，并且联轴器可阻止机械装置的过载。 而直驱型风机则另辟蹊径，配合采用了多项先进技术，桨叶的转矩可以不通过齿轮箱增速而直接传递到发电 机的传动轴，使风机发出的电能同样能并网输出。这样的设计简化了装置的结构，减少了故障几率，优点很多，现多用于大型机组上。 (6) 根据按桨叶接受风能的功率调节方式可分为： “定桨距（失速型）机组”――桨叶与轮毂的连接是固定的。当风速变化时，桨叶的迎风角度不能随之变化 。由于定桨距（失速型）机组结构简单、性能可靠，在20 年来的风能开发利用中一直占据主导地位。 “变桨距机组”――叶片可以绕叶片中心轴旋转，使叶片攻角可在一定范围内（一般0－90度）调节变化，其
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
绍结机构介风力发电风力发电机组是由风轮、传动系统、 偏航系统、液压系统、制动系统、发电该机组通过风力推动叶轮旋转，塔架和基础等组成。机、控制与安全系统、机舱、有效的将风能转再通过传动系统增速来达到发电机的转速后来驱动发电机发电，化成电能。风力发电机组结构示意图如下。 1、叶片 2、变浆轴承 3、主轴 4、机舱吊 5、齿轮箱 6、高速轴制动器 7、发电机 8、轴流风机9、机座10、滑环11、偏航轴承12、偏航驱动13、轮毂系统 各主要组成部分功能简述如下 （1）叶片叶片是吸收风能的单元，用于将空气的动能转换为叶轮转动的机械能。叶轮的转动是风作用在叶片上产生的升力导致。由叶片、轮毂、变桨系统组成。每个叶片有一套独立的变桨机构，主动对叶片进行调节。叶片配备雷电保护系统。风机维护时，叶轮可通过锁定销进行锁定。 （2）变浆系统变浆系统通过改变叶片的桨距角，使叶片在不同风速时处于最佳的吸收风能的状态，当风速超过切出风速时，使叶片顺桨刹车。 （3）齿轮箱齿轮箱是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机，并使其得到相应的转速。 发电机是将叶轮转动的机械动能转换为电能的部件。明阳）发电机4（． 1.5s/se机组采用是带滑环三相双馈异步发电机。转子与变频器连接，可向转子回路提供可调频率的电压，输出转速可以在同步转速±30%范围内调节。 （5）偏航系统偏航系统采用主动对风齿轮驱动形式，与控制系统相配合，使叶轮始终处于迎风状态，充分利用风能，提高发电效率。同时提供必要的锁紧力矩，以保障机组安全运行。 （6）轮毂系统轮毂的作用是将叶片固定在一起，并且承受叶片上传递的各种载荷，然后传递到发电机转动轴上。轮毂结构是3个放射形喇叭口拟合在一起的。
5 风电机组选型、布置及风电场发电量估算 5.1 风电机组选型 5.1.1 单机容量范围及方案的拟定 5.1.1.1 风电机组发电机类型的确定 风电场机型选择应考虑适合风电场场址的风资源条件，有利于提高风电场的发电效益。随着国内外风力发电设备制造技术日趋成熟，针对不同区域风资源条件，各风机设备制造厂家已经开发出不同结构型式、不同控制调节方式的风力发电机组可供选择。按照IEC61400-1标准（风电机组设计要求），风电场机组按50年一遇极大风速可分为I、II、III三个标准等级，每个等级按15m/s风速区间的湍流强度可分为A、B、C三个标准等级，为特殊风况和外部条件设计的为S级。因此，根据怀宁风电场场址的地形、交通运输情况、风资源条件和风况特征，结合国内外商品化风电机组的制造水平、技术成熟程度以及风电机组本地化率的要求，进行风电场机组型式选择。 风力发电机组选型应考虑的几种因素 (1) 风电机组应满足一定的安全等级要求 表5.1.1.1-1 IEC61400-1各等级WTGS基本参数 上表中各数据应用于轮毂高度，其中V ref为10min平均参考风速，A 表示较高湍流特性，B表示中等湍流特性，C表示较低湍流特性，Iref为湍流强度15m/s时的特性。在轮毂高度处，15m/s风速区间的湍流强度值不大于0.12，极大风速为28.2m/s。根据国际电工协会IEC61400-1(2005)标准判定本风电场工程70~90m轮毂高度适宜选择IECⅢC及以上等级的风力发电机组。
(2) 风轮输出功率控制方式 风轮输出功率控制方式分为失速调节和变桨距调节两种。两种控制方式各有利弊，各自适应不同的运行环境和运行要求。从目前市场情况看，采用变桨距调节方式的风电机组居多。 (3) 风电机组的运行方式 风电机组的运行方式分为变速运行与恒速运行。恒速运行的风力机的好处是控制简单，可靠性好。缺点是由于转速基本恒定，而风速经常变化，因此风力发电机组经常工作在风能利用系数(Cp)较低的点上，风能得不到充分利用。变速运行的风电机组一般采用双馈异步发电机或多极永磁同步发电机。变速运行方式通过控制发电机的转速，能使风力机的叶尖速比接近最佳值，从而最大限度的利用风能，提高风力发电机组的运行效率。 (4) 发电机的类型 目前，市场上主流的变速变桨恒频型风电机组技术分为双馈式和直驱式两大类。双馈式变桨变速恒频技术的主要特点是采用了风轮可变速变桨运行，传动系统采用齿轮箱增速和双馈异步发电机并网，而直驱式变速变桨恒频技术采用了风轮与发电机直接耦合的传动方式，发电机多采用多极同步电机，通过全功率变频装置并网。直驱技术的最大特点是可靠性和效率都进一步得到了提高。 还有一种介于二者之间的半直驱式，由叶轮通过单级增速装置驱动多极同步发电机，是直驱式和传统型风力发电机的混合，但是该类产品还不是很成熟，因此本工程不推荐。 双馈式：交流励磁发电机又被人们称之为双馈发电机。双馈风电机组中，为了让风轮的转速和发电机的转速相匹配，必须在风轮和发电机之间用齿轮箱来联接，这就增加了机组的总成本；而齿轮箱噪音大、故障率高、需要定期维护，并且增加了机械损耗；机组中采用的双向变频器结构和控制复杂；电刷和滑环间也存在机械磨损。目前，世界各国正在针对这些缺点改进机组或研制新型机组，如无刷双馈机组。 永磁直驱风电机组，就是取消了昂贵而又沉重的增速齿轮箱，风轮轴直接和发电机轴直接相连，转子的转速随来流风速的变化而改变，其交流
大型风力发电机组安装 摘要：《可再生能源法》的正式实施，为我国风力发电创造了良好的发展环境，依据现有政策，中国风电装机容量到2020年底可达到5000万千瓦。目前风力发电机组趋向大型化,目前全国安装风力发电机组平均功率达到1.5mw以上。大型机组的吊装给风机安装带来新的课题。本文结合工程实例介绍了风力发电机组安装过程。关键词：风力发电机组；安装；塔架基础；接地系统 1 风力发电机组组成 一套完整的大型风力发电机组由塔架基础、接地系统、塔架、机舱、轮毂、叶片、箱式变压器、及电气等部分组成。 风机基础为整台风力发电机组提供各种受力支撑，将风力所受力均匀合理的传递到大地，是整个风力发电机组的根本。基础一般采用八边型或圆形钢筋混凝土设计，部分采用退台。接地系统一般与基础施工同时进行，根据设备型号不同，接地电阻值为2~8ω不等。风机塔架现在全部采用圆筒钢材式，分节安装组合，而塔筒的高度一般是随风力高度分布情况而确定。风机机舱是整个风力发电机组的大脑，除直驱型机组外，其他型号风机机舱内集成了发电机系统、齿轮变速系统、制动系统、偏航系统、冷却系统等。直驱式发电机组机舱里面取消了发电机、齿轮变速系统，将发电机直接外置至与轮毂连接部分。风机轮毂是叶片与机舱或发电机的连接部件，采用椭圆或平顶型。叶片是机组吸收风能的部件，采用特殊材料制作。机组常见的采用两叶和三叶式，有一叶或多叶式。
2风力发电机组安装 2.1安装场地要求 目前国内风电场施工及设备存放场地主要有两种类型，一种是在现场设立临时存放场地，风机设备到货后集中存放在临时仓库，安装时再二次运输到吊装点。另一种是直接将风机设备运输到吊装现场存放不再二次运输。为了节约运输的成本，越来越多的风电场采用风机设备一次到位的方式，在设备到达现场前须要对进行场地策划，让场地符合风机设备安装的要求。 2.2 设备卸车 风电场设备卸车主要是指塔筒、机舱等大件设备的卸车。机舱是风机最重要的部件，也是最重的设备。根据设备的技术参数以及现场机械的实际情况，可以采用单机卸车或双机卸车。 2.3 风机设备吊装 风机设备吊装主要指塔筒、机舱、叶轮等大件设备吊装，其中最重要的环节是吊装机舱、叶轮或发电机（直驱式）。机舱或发电机最重则吊机受力也最大；叶片的受风面积最大，因此对风速要求严格，一般要求风速不大于8m/s。为了考虑叶片吊装的方便和容易操作，机舱或发电机吊装时吊机的位置既要考虑满足机舱的要求也要满足叶轮的吊装要求。 叶轮吊装时，要求随时注意风速的变化，上面2个叶片溜绳按技术要求绑扎。每条溜绳需要5～6人，配合指挥人员进行松紧调整。叶轮与机舱对接时，需要2～4根尺寸适当的定位销进行定位，然
论不同风况对风电机组疲劳载荷的影响 发表时间：2018-04-11T15:37:41.073Z 来源：《电力设备》2017年第32期作者：王青磊[导读] 摘要：风力发电机组总体载荷计算评估是风力机设计以及风电场风机选型中的一项重要工作，特别是对于大型MW级风机，其意义更为重大。 (国家电投集团湖北绿动新能源有限公司湖北武汉 430071) 摘要：风力发电机组总体载荷计算评估是风力机设计以及风电场风机选型中的一项重要工作，特别是对于大型MW级风机，其意义更为重大。风机载荷计算评估包括极限载荷评估和疲劳载荷评估。从计算角度分析，影响风机疲劳载荷的主要因素包括风电场的湍流强度，空气密度以及年平均风速等相关风况气象参数。本文通过总体载荷计算，对影响风机疲劳载荷的主要工况进行载荷计算以及疲劳分析，给 出规律性的结论，为以后的风机设计，风机选型等相关问题提供理论基础以及经验总结。关键词：不同风况，疲劳载荷，动量-叶素理论风电场的开发是一个资金庞大，周期较长的项目，而整个风电场的主要设备是风力发电机组。所以，我们必须对风力发电机组的安全性和可靠性做一个科学规范的计算校核。需要对特殊地形造成的特殊风况进行疲劳载荷分析和总结，做成自己的数据库，对不同风电场进行载荷评估。 一、风机总体载荷计算理论基础 1.1、风机气动载荷 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，算得旋翼的升力和功率。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。为此在计算中应用动量-叶素理论方法来计算风机的气动载荷。 1.2、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，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。 1.3、叶素理论 叶素理论的基本出发点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，将作用在每个叶素上的力和力矩沿展向积分，求得作用在风轮上的力和力矩。 1.4、动量─叶素理论 为了计算风力机性能，必须计算风轮旋转面中的轴向诱导因子和周向诱导因子，这就需要用到动量─叶素理论。由动量理论和叶素理论通过迭代方法可以求出轴向诱导因子和周向诱导因子。 1.5、雨流技术基本计数规则 1）雨流依次从载荷时间历程的峰值位置的内侧沿着斜坡往下流；（2）雨流从某一个峰值点开始流动，当遇到比其起始峰值更大的峰值时要停止流动；（3）雨流遇到上面流下的雨流时，必须停止流动；（4）取出所有的全循环，记下每个循环的幅度；（5）将第一阶段计数后剩下的发散收敛载荷时间历程等效为一个收敛发散型的载荷时间历程，进行第二阶段的雨流计数。计数循环的总数等于两个计数阶段的计数循环之和。 二、疲劳载荷评估 风机的疲劳载荷主要是由于外部风电场的气象风况条件决定的，主要由湍流强度，风场的空气密度，以及风电场的年平均风速决定的。我们通过叶素动量理论进行工程分析以及和模拟软件相结合，对疲劳工况进行分析。我们模拟所使用的模拟软件为GH Bladed软件，主要是用于水平轴风机载荷计算以及风机性能分析。主要包括风机的初步设计，风机的详细设计以及零部件设计，风机型式认证。在风机输入参数中，有风机的气动和结构参数，传动链和电气系统，传感器系统和制动系统，控制和安全系统等；外部条件输入包括风况输入，波浪和洋流，地震，风机故障，电气和电网扰动等；风机的稳态特性，主要包括气动信息，系数性能，稳态功率曲线，稳态运行载荷以及稳态停机载荷等；动态模拟风机的特性，包括正常运行，启动，紧急停机，正常停机，空转，静止等。 GH Bladed软件的主要通过水平轴空气动力学动量理论，叶素理论，叶素-动量理论等基本理论，结合风机的气动特性，以及叶尖轮毂损失，塔影模型，动态失速，尾流等修正，迭代计算出风轮的轴向和周向的入流因子，从而计算出风机的各位置载荷。通过测试，GH Bladed软件计算结果和在风电场实际运行的数据相当吻合。选用某公司117-2000-85型的风机为研究对象,风机模型不变,控制系统不更改的情况下,分别从风电场不同的湍流强度,不同的空气密度以及不同的年平均风速的情况下,分别对风机关键截面的等效疲劳载荷进行对比分析,试图找到规律,为以后设计风机以及风机的快速选型打好良好的理论基础. 2.1不同湍流强度下疲劳载荷分析 选用某公司117-2000-85型的风机,空气密度为标准的空气密度1.225kg/m3，年平均风为6.5m/s，湍流强度选取位0.1，0.14，，0.18的情况进行载荷计算以及雨流技术统计，选取叶根处载荷（m=10）以及塔筒底部载荷(m=4)进行比较。计算结果详见下图表：表2.1 叶根不同湍流强度的疲劳载荷以及对比