风力发电机组载荷计算中的极端风况分析_李媛VIP免费

收稿日期:2008-05-16.基金项目:国家863计划资助项目(2006AA5Z42);辽宁省教育厅基金资助项目(05L292).作者简介:李媛(1974-),女,山东龙口人,副教授,主要从事网络控制和风力发电等方面的研究.文章编号:1000-1646(2008)04-0409-05风力发电机组载荷计算中的极端风况分析李媛,毛竹(沈阳工业大学理学院,沈阳110178)摘要:针对大型风力发电机组设计中与风机最大载荷设计存在较大关系的极端风况模型,利用Matlab软件进行仿真和载荷计算.建立了极端风速模型、极端运行阵风、极端风向变化、极端相关阵风、极端风切变等模型,实现了1年或50年重复周期极端风况各模型的模拟.以国家863项目/兆瓦级变速恒频风电机组0样机SUT-1000为例,依据IEC标准,进行了各级负载级别的载荷计算.风况的模拟和载荷计算得以系统化、简单化,在风机的设计过程中可直观地利用已知信息获得风机载荷的极限情况,在工程应用中具有推广价值.关键词:风力发电机组;极端风况;载荷计算;Matlab软件;模拟中图分类号:TM614文献标志码:AAnalysisofextremewindconditionsinloadcalculationofwindturbinesLIYuan,MAOZhu(SchoolofScience,ShenyangUniversityofTechnology,Shenyang110178,China)Abstract:Fortheextremewindconditionsinthedesignoflarge-scalewindturbines,thesimulationandloadcalculationwereconductedusingMatlabsoftware.Theextremewindmodel(EWM)andsuchmodelsasextremeoperatedgust(EOG),extremedogvanechange(EDC),extremecorrelatedgust(ECG)andextremewindshear(EWS)werebuilt.Thesimulationoftheextremewindconditionswitharepeatedperiodof1yearor50yearswasrealized.TheloadcalculationwasperformedfortheSUT-1000mega-wattvariablespeedconstantfrequencywindturbinebasedontheIECstandard.Thesimulationofthewindconditionsandtheloadcalculationaremoresimpleandsystemic.Theextremeloadofwindturbinescanbedeterminedbasedonsomeknowninformationinthedesignofwindturbines.Keywords:windturbines;extremewindcondition;loadcalculation;Matlabsoftware;simulation在大型风力发电机组初步概念设计中,确定总体设计后的载荷计算及分析是必不可少的步骤.依据标准,载荷计算必须依据一定工况和外部环境条件进行分析[1-2].对风力发电机组来说,风资源外部条件是决定载荷的主要因素,因此风资源的模拟、仿真的正确性非常重要.设计风力发电机组时,应当考虑相应的外部条件.外部条件包括风力发电机组经受的环境条件和电力条件.环境条件可进一步分为风况和其他外部条件[3-4];电力条件是指电网的状况.每种类型的外部条件又可分为正常外部条件和极端外部条件.正常外部条件一般涉及长时期的结构受载和运行状态;而极端外部条件是潜在的临界外部设计条件[5].风况是结构完整性设计主要考虑的外部条件,是机组初步概念设计和调试运行阶段都要参考和依赖的重要条件.风况可分为正常风况和极端风况.对于大型风力发电机组来说,风资源外部条件是决定载荷的主要因素,因此大型风力发电机组的极端风况模拟及仿真的正确性非常重要.针对机组设计中风条件的模拟进行研究,并利用Matlab软件进行仿真计算和分析.主要考虑第30卷第4期2008年8月沈阳工业大学学报JournalofShenyangUniversityofTechnologyVol130No14Aug12008极端风速模型、极端运行阵风模型、极端风向变化模型、极端相关阵风模型和极端风切变模型的仿真,然后结合沈阳工业大学研制的863项目样机进行各级负载级别下的载荷计算.1极端风况建模从载荷和安全角度考虑,风况可分为风力发电机组正常运行期间频繁出现的正常风况及按1年或50年重复周期确定的极端风况.本文采用极端风况确定风力发电机组的极端风载,这些风况还包括由于风速和风向剧烈而急速变化产生的峰值风速以及风湍流的可能影响[6],因此,在设计计算时需要对其确定的影响加以考虑.如:考虑平均气流相对水平达倾斜角8b的影响,假定气流倾斜角不随高度改变而变化的情况.利用Matlab工具图形用户界面GUI来实现极端风况模型的计算模拟.极端风况主要包括5种情况[7]:1)极端风速模型极端风速模型(EWM)是以参考风速vref为基础模拟出以轮毂...