風電機組
關注創建者：晉源貔貅 創建時間：2018-09-10
風電機組的視頻教程
【直播回放】海上漂浮式風電機組一體化仿真
1、漂浮式風電浮體設計的主要內容 2、漂浮式風電浮體一體化仿真建模和一致性審查浮式機組 3、漂浮式風電浮體Bladed和Aqwa聯合仿真計算
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風電機組的實例教程
而且目前條件好的地區多已經被占用，所以新建的風電機組多處于山區或海上，需要進行基礎建設，南京水利科學院和中南勘探設計院在某風電項目建設中，利用預應力拉擠板材對風電機組的基礎承臺進行加固，并取得了良好的效果。
此外，碳纖維復合材料的應用，使分段葉片連接處的結構設計難度大大下降。
3. 運維
為了保證風電機組的正常穩定和有效運行，并延長使用壽命，對機組的檢查、維護等工作是必不可少的。
風電機組是全年全天的運行，有的地區夜晚溫差，而一年四季的氣溫差別更大，在冬季高寒地區的溫度達到零下數十度，將會造成葉片表面結冰。葉片結冰將會改變葉片的氣動結構，同時結冰將使葉片重量增加，不僅改變發電效率還會危及風電機組的安全運行。另外，葉片運行的線速度很快，碎冰飛出去容易傷人。另外結冰太厚，機組需要停機進行除冰，將損失大量電能。而碳纖維除了輕量化，還有一個功能，就是在通電情況下，是良好的發熱體，熱轉換效率98%以上。所有利用風電機組本身產生的電，碳纖維通電后發熱，融冰除雪，是一個很好的選擇。
葉片在運行過程中，遠觀看起來轉動好像不是很快，實際上線速度最快可以達到數百公里以上，因此在迎風面葉片會受到很大的沖擊。另外葉片都是在野外風吹雨淋、熱脹冷縮，鹽霧腐蝕等都會造成葉片的損傷，當損傷超過一定的大小，就會影響葉片的正常運行，因此就要對葉片進行檢查。傳統的方法是停機，對葉片進行人工檢查。隨著機器人和無人機技術發展，可以利用碳纖維機器人和無人機對葉片展開檢查。
風電機組的使用壽命一般在20年左右，在這么長的時間內塔筒及礎臺等難免會損壞，特別海上或海邊的風電機組。而這個方法可以參考橋梁等碳纖維加固方式，利用碳布或預應力碳板的加固方案。
4. 報廢
當葉片完成其功能后，就需要拆解、報廢，對于其中的碳纖維復合材料，如何回收利用，也是一個必須考慮的問題。
展開 不平衡的問題嚴重或長期不處理，會影響風電機組可靠性，降低風電機組壽命。
通過仿真對比正常運行的和單支葉片質量不平衡的風電機組，可以得到風電機組各個部位的載荷普遍增大，比如偏航位置的傾覆力矩和偏航旋轉力矩成倍增加。
圖2 葉片質量不平衡對偏航處載荷影響
在圖2中，風電機組在恒定風速正常運行時，偏航中心風電機組的傾覆力矩穩定維持在800kNm左右，偏航旋轉扭矩在—400kNm左右；一支葉片質量不平衡后，風電機組在恒定風速下，傾覆力矩波動很大，極限載荷也明顯增加，偏航旋轉的扭矩也大范圍波動，對偏航減速器、偏航制動帶來較大的交變載荷沖擊。
3 影響發電量
葉片不平衡引起傳動鏈轉動方向振動，影響發電量的穩定。如果是葉片角度不平衡則影響葉片的功率吸收，從而影響發電量。某風電場風電機組安裝后，三支葉片角度不統一，經過一段時間運行發現問題并重新校準葉片。圖3為校準前后功率曲線的對比。
圖3 葉片角度不平衡對功率曲線的影響
引發葉片不平衡的原因
1 質量分布不均的葉片
葉片質量存在偏差主要是葉片出廠前質量控制不到位造成，正常葉片出廠前要進行嚴格的配平成套供應。
展開 文章以某3MW 變速變槳風電機組為對象，首先利用GH-Bladed 軟件對風電機組進行參數化建模，得到了風電機組各零部件的極限載荷和疲勞載荷。又基于 SWT 軟件，應用超單元和參數化部件構建高精度風電機組模型，由于風電機組振動特性與承載能力較為復雜，風電機組整體結構的模態分析和動態載荷計算是風電機組穩定運行的重要因素。故對風電機組整體結構進行模態分析，得到固有頻率、振型和動能與應變能分布，并在額定湍流風速下，分析了風電機組軸承和齒輪箱與底盤連接處的動態載荷。
兆瓦級風電機組的載荷計算與性能分析2015.zip
展開 風電行業持續發展要求制造商研制功率越來越大、可靠性和效率越來越高的風電設備，而制造高可靠性的風電機組是一個巨大的挑戰，因為風電機組是承受瞬變空氣動力激勵的大型柔性結構，這些動態力可能會導致機械故障，如齒輪、軸承以及其它部件的失效和相關的疲勞損傷。
LMS 公司將其40 多年的有限元軟件開發經驗、20 多年的柔性機械系統仿真經驗和10 多年的風電機組設計經驗集成在一起，獨創了Samcef Wind Turbines系統。軟件創新性地采用基于非線性有限元理論模擬柔性多體動力學系統、基于動量-葉素理論來表征空氣動力學并與控制系統相聯的全耦合、一體化方法，來構建包含部件柔性、非線性及部件之間（包含機電系統之間）相互作用的參數化高精度整機模型，從而充分考慮部件柔性、非線性及部件之間、機電系統之間的耦合作用。依靠全耦合一體化的參數化高精度整機模型，可以幫助風電機組廠商得到更加精確的動態載荷和結構響應，進而優化風電機組結構和控制系統設計，提高風電機組設計可靠性。
為推動風電機組高精度一體化仿真設計解決方案的應用，提升中國風電行業自主研發技術，中國風能協會與比利時LMS 公司將聯合主辦“2014 風電機組仿真與設計整體解決方案技術研討會”，將在2013 年研討會的基礎上，進一步分享LMS 在風電機組仿真分析方面的創新解決方案及工程項目經驗，并就如何提升風電機組可靠性方面進行交流。
展開 Date
03 Apr 2014
Event Type
Seminar
LMS Office
LMS China
Country
China
Place
北京
Participation fee
免費
風電行業持續發展要求制造商研制功率越來越大、可靠性和效率越來越高的風電設備，而制造高可靠性的風電機組是一個巨大的挑戰，因為風電機組是承受瞬變空氣動力激勵的大型柔性結構，這些動態力可能會導致機械故障，如齒輪、軸承以及其它部件的失效和相關的疲勞損傷。
LMS公司將其40 多年的有限元軟件開發經驗、20 多年的柔性機械系統仿真經驗和10 多年的風電機組設計經驗集成在一起，獨創了Samcef Wind Turbines系統。軟件創新性地采用基于非線性有限元理論模擬柔性多體動力學系統、基于動量-葉素理論來表征空氣動力學并與控制系統相聯的全耦合、一體化方法，來構建包含部件柔性、非線性及部件之間（包含機電系統之間）相互作用的參數化高精度整機模型，從而充分考慮部件柔性、非線性及部件之間、機電系統之間的耦合作用。依靠全耦合一體化的參數化高精度整機模型，可以幫助風電機組廠商得到更加精確的動態載荷和結構響應，進而優化風電機組結構和控制系統設計，提高風電機組設計可靠性。
為推動風電機組高精度一體化仿真設計解決方案的應用，提升中國風電行業自主研發技術，中國風能協會與比利時LMS 公司將聯合主辦“2014 風電機組仿真與設計整體解決方案技術研討會”，將在2013 年研討會的基礎上，進一步分享LMS 在風電機組仿真分析方面的創新解決方案及工程項目經驗，并就如何提升風電機組可靠性方面進行交流。
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風電機組的最新內容
[6]
3.噪聲仿真
氣流經過鈍體如建筑物、橋塔、風電機組時，會產生顯著的空氣動力學噪聲（氣動噪聲或風噪聲）。此類噪聲源于復雜的流動現象，尤其是湍流及其相互作用（渦脫落、撞擊等）。準確預測該噪聲涉及復雜的技術路徑：需利用CFD計算得到的非穩態流場數據（速度、壓力脈動），作為聲學仿真的激勵源。
目前，在風電機組的設計中廣泛使用CAE仿真技術，實現全三維數字設計和整機特性的有限元分析。</p><h3 class="ql-align-justify"> 1.葉片設計</h3><p class="ql-align-justify"> 風輪葉片是風電機組的關鍵部件，其氣動性能直接影響到風能轉換效率。
<sup>[6]</sup></p><h3><strong>3.噪聲仿真</strong></h3><p> 氣流經過鈍體如建筑物、橋塔、風電機組時，會產生顯著的空氣動力學噪聲（氣動噪聲或風噪聲）。此類噪聲源于復雜的流動現象，尤其是湍流及其相互作用（渦脫落、撞擊等）。準確預測該噪聲涉及復雜的技術路徑：需利用CFD計算得到的非穩態流場數據（速度、壓力脈動），作為聲學仿真的激勵源。
會場將匯集來自能源行業的專家與技術人員，圍繞能源系統的多物理場仿真、電網接入、電池安全性、風電機組結構優化、光伏系統熱管理等關鍵問題展開深入探討。通過前沿仿真技術的交流與案例分享，助力構建更加高效、智能和可持續的能源體系，推動綠色低碳轉型，加速新能源與傳統能源融合創新。
該標準詳盡規定了漂浮式海上風電機組在設計載荷工況、結構設計、仿真分析要求、控制及保護系統、錨定系統性能、浮態穩定性以及組裝、安裝與吊裝等關鍵環節的明確技術要求，為漂浮式海上風電項目的工程化設計提供了權威、全面的指導依據。
針對風電機組故障信號的非平穩性以及故障與征兆的非線性映射導致的故障識別困難問題，提出了改進型的節點重構小波包頻帶能量譜與PNN（概率神經網絡）的聯合故障診斷新方法。文章深入分析了傳統小波包頻帶錯亂的問題，借助傅里葉變換與傅里葉逆變換改進了小波包，消除了小波包頻帶錯亂的缺陷。程序已調通，可直接運行。
與此同時，2023年我國風、光等重點領域零部件產量均已躍升全球產業高位，其中，風電機組等關鍵零部件的產量占到全球市場的70.0%以上，光伏多晶硅、硅片、電池片和組件產量占全球比重均超過80.0%。
根據CINNO Research統計數據顯示，2023年中國新能源項目投資金額達8.0萬億人民幣（含臺灣），同比下降12.9%。新能源產業已經成新興科技產業的最重要的投資領域。
[1]
CAE技術在風電機組設計中的應用
風電機組作為高技術密集型產品，是風電技術的核心，其性能直接影響到風電場的發電效率和經濟效益，在設計過程中涉及到力學、自動控制、機械設計、電機學等多門學科，是一個及其復雜的系統工程。目前，在風電機組的設計中廣泛使用CAE仿真技術，實現全三維數字設計和整機特性的有限元分析。
雖然容量系數受逐年風力條件的影響，但其明顯的上升趨勢也反映出風電機組技術的進步，以及目前正在建設的深遠海風電場風力條件的改善。2022年，英格蘭與威爾士的風速低于長期平均水平，這兩個地區的海上風電場平均容量系數為38%，新建項目通常會比平均值高出5%~10%。盡管容量系數有所下降，但因在運風電機組數量進一步增加，海上風電的發電量仍創下歷史新高。
論文題目：面向深遠海的新型海上風力機浮式平臺水動力性能研究
論文作者：蔡新，張洪建，王浩，謝姣潔，汪亞洲
所屬單位：河海大學力學與材料學院，大連理工大學建設工程學部，江蘇省風電機組結構工程研究中心，南京皖工高新技術研究院，沿海開發與保護協同創新中心
發表期刊：中國電機工程學報
