风力发电机组方案设计

风力发电机组的抗台风设计

吴运东 陈胜军

（浙江运达风力发电工程有限公司; 浙江省气候中心）

摘要

在我国东南沿海，风力资源丰富，但每年夏、秋季台风频发`，具有极大的破坏性。本

文分析了东南沿海台风的主要特性，提出了风力发电机组抗台风设计的主要方法。

1.浙江沿海热带气旋的主要特性

1.1概述

热带气旋是热带海洋大气中的一种急速旋转的涡旋。它带来的风、雨、潮破

坏力极大，常使浙江发生洪涝、风灾，是对浙江危害最大的气象灾害。

根据我国目前采用的标准，热带气旋划分为以下几个等级：

表3.1、热带气旋划分等级 中心附近最大风力 热带气旋名称

6～7级（风速<17.2米/秒） 热带低压（Tropical depression）

8～9级（风速17.2～24.4米/

秒） 热带风暴（Tropical storm）

10～11级（风速24.5—32.6

米/秒） 强热带风暴（Severe tropical

storm）

≥12级（风速≥32.7米/秒）台风（Typhoon）

考虑到多年沿用的习惯和叙述的方便，除需要说明其强度外，在一般性的叙

述中，仍将近中心风力大于等于8级的热带风暴、强热带风暴、台风三种称谓统

称为台风。

1949～2000年的52年中，发生台风灾害的有37年，平均1.4年中就有一年有台风灾害，因台风造成的直接经济损失在10亿以上或受灾农田在500万亩

以上的有13年，即1956、1961、1962、1963、1988、1989、1990、1992、1994、

1996、1997、1999、2000年，平均每4年便有1个严重的台风灾害年。

52年中影响浙江台风共171个，平均每年3.3个，其基本特征为：

一、时间特征

影响浙江台风的年际变化较大，最多的年份1年有6个台风，分别是1959、

1960、1966、1978、1985、1994年共6年；最少的是1991年和1993年，全年

无台风影响。在171个影响台风中，给浙江造成灾害的台风有74个，占影响台

风电场风机基础设计方案和验算

摘要：风电场风机基础关系到风机的安全运行和风机的使用寿命，在选用正确的设计载荷和工况，运用软件得出风机基础设计方案的同时，需要对基础方案的稳定性和基础配筋进行相关的复核验算，以确保在设计寿命之内的安全性。

关键词：风机基础；基础设计；稳定性验算；配筋验算

1 风机荷载资料分析及选用

根据《风电机组地基基础设计规定（试行）》（FD003-2007），风机上部结构传至塔筒底部与基础环交接面的载荷效应宜用载荷标准值表示，分别为正常运行载荷、极端载荷和疲劳载荷三类。正常运行载荷为风力发电机组正常运行时的最不利载荷效应，极端载荷为GB18451.1中除运输安装外的其它设计载荷状况（DLC）中的最不利载荷效应，疲劳载荷为GB18451.1中需进行疲劳分析的所有设计载荷状况（DLC）对疲劳最不利的载荷效应。对于有地震设防要求的地区，上部结构传至塔筒底部与基础环交接面的载荷还应包含风机正常运行时分别遭遇该地区多遇地震作用和罕遇地震作用的地震惯性力载荷。

选用具有代表性的某主机厂家1.5MW风机，叶轮直径77米，轮毂中心高度70米载荷资料，地基基础设计内容、荷载效应组合、荷载工况和主要荷载的选取应按《风电机组地基基础设计规定（试行）》（FD003-2007）表7.2.9釆用。

荷载设计值=荷载标准值×荷载分项系数。荷载分项系数根据《风 电机组地基基础设计规定（试行）》（FD003-2007）取值。基础结构等 级为2级时，结构重要性系数取1.0；对于基本组合，荷载效应对结构不利时，永久荷载分项系数为1.2，可变荷载分项系数不小于1.5；荷载效应对结构有利时，永久荷载分项系数为1.0；疲劳荷载和偶然荷载分项系数为1.0；对于标准组合和偶然组合，荷载分项系数均为1.0。

2.4风机基础配筋验算

风力发电机组防雷设计方案

深圳天顺科技有限公司 曾中海

一：概述

风能是当前技术最成熟、最具备规模开发条件的可再生洁净能源。风能发电为人与自然和谐发展提供了基础。由于风力发电机组是在自然环境下工作，不可避免的会受到自然灾害的影响。

由于现代科学技术的迅猛发展，风力发电机组的单机容量越来越大，为了吸收更多能量，轮毂高度和叶轮直径随着增高，相对的也增加了被雷击的风险，雷击成了自然界中对风力发电机组安全运行危害最大的一种灾害。雷电释放的巨大能量会造成风力发电机组叶片损坏、发电机绝缘击穿、控制元器件烧毁等。我国沿海地区地形复杂，雷暴日较多，应充分重视雷击给风力风电机组和运行人员带来的巨大威胁。例如，红海湾风电场建成投产至今发生了多次雷击事件，据统计，叶片被击中率达4%，其他通讯电器元件被击中率更高达20% 。

为了降低自然灾害带来的损失，必须充分了解它，并做出有针对性的防范措施。

二：风机对比介绍

风电变速恒频风力发电系统，主要分为双馈式和直驱式。双馈式风力发电系统由于其变流器容量（滑差功率）只占系统额定功率的30％左右，能较多地降低系统成本，因此双馈式系统受到了广泛的关注。与双馈式相比，直驱式采用低速永磁同步发电机结构，无需齿轮箱，机械损耗小，运行效率高，维护成本低，但是，由于系统功率是全功率传输，系统中变流器造价昂贵，控制复杂（本文重点介绍直驱式风电系统雷电防护）。

直驱风力发电系统风轮与永磁同步发电机直接连接，无需升速齿轮箱。首先将风能转化为频率和幅值变化的交流电，经过整流之后变为直流，然后经过三相逆变器变换为三相频率恒定的交流电连接到电网。通过中间电力电子变化环节，对系统有功功率和无功功率进行控制，实现最大功率跟踪，最大效率利用风能。

直驱式风力发电系统中的电力电子变换电路（整流器和逆变器）可以有不同的拓扑结构（常见2种见图1、2）。

图1

图2

三：设计依据标准

1．总体设计

一、气动布局方案

包括对各类构形、型式和气动布局方案的比较和选择、模型吹风，性能及其他气动特性的初步计算，确定整机和各部件（系统）主要参数，各部件相对位置等。最后，绘制整机三面图，并提交有关的分析计算报告。

二、整机总体布置方案

包括整机各部件、各系统、附件和设备等布置。此时要求考虑布置得合理、协调、紧凑，保证正常工作和便于维护等要求，并考虑有效合理的重心位置。最后绘制整机总体布置图，并编写有关报告和说明书。

三、整机总体结构方案

包括对整机结构承力件的布置，传力路线的分析，主要承力构件的承力型式分析，设计分离面和对接型式的选择，和各种结构材料的选择等。整机总体结构方案可结合总体布置一起进行，并在整机总体布置图上加以反映，也可绘制一些附加的图纸。需要有相应的报告和技术说明。

四、各部件和系统的方案

应包括对各部件和系统的要求、组成、原理分析、结构型式、参数及附件的选择等工作。最后，应绘制有关部件的理论图和有关系统的原理图，并编写有关的报告和技术说明。

五、整机重量计算、重量分配和重心定位

包括整机总重量的确定、各部分重量的确定、重心和惯量计算等工作。最后应提交有关重量和重心等计算报告，并绘制重心定位图。

六、配套附件

整机配套附件和备件等设备的选择和确定，新材料和新工艺的选择，对新研制的部件要确定技术要求和协作关系。最后提交协作及采购清单等有关文件。总体设计阶段将解决全局性的重大问题，必须精心和慎重地进行，要尽可能充分利用已有的经验，以求总体设计阶段中的重大决策建立在可靠的理论分析和试验基础上，避免以后出现不应有重大反复。阶段的结果是应给出风力发电机组整机三面图，整机总体布置图，重心定位图，整机重量和重心计算报告，性能计算报告，初步的外负载计算报告，整机结构承力初步分析报告，各部件和系统的初步技术要求，部件理论图，系统原理图，新工艺、新材料等协作要求和采购清单等，以及其他有关经济性和使用性能等应有明确文件。