建模仿真软件在风力发电机组设计中的应用浅析.pdf

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1、建模仿真软件在风力发电机组设计中的应用浅析 代长明;颜庭煜;苗威震【摘 要】This paper mainly analyses the design process of wind turbines,the wind generator,and the application of modeling and simulation software in the actual process.In addition,a few wind tur-bines of such common design are introduced analyzed.%主要对风电机组的设计过程进行了分析，并且对风

2、电机组实际设过程中，各个环节建模仿真软件的应用进行了简要分析并对常见的几款风电机组设计中应用的建模仿真软件进行了介绍和应用分析。【期刊名称】河北建筑工程学院学报【年(卷),期】2016(034)002【总页数】3 页(P90-92)【关键词】建模仿真;风电机组设计;软件;应用【作 者】代长明;颜庭煜;苗威震【作者单位】河北建筑工程学院，河北 张家口 075000;国电东北新能源发展公司彰东风电场，辽宁 阜新 123200;河北建筑工程学院，河北 张家口 075000【正文语种】中 文【中图分类】TM7 风电机组的构成与理论是风力发电机组的实际设计的前提与基础去，其设计内容是涉及到的理论涵盖了流

3、体力学、结构力学、电气工程、机械工程等多中学科知识体系.因此在风力发电机组各个系统的设计实践中，建模与仿真软件的应用对于提升设计效率、优化设计内容、改善设计缺陷等有着重要的作用.风力发电机组设计的主要内容是按照给定的设计任务书或有关技术要求资料、设计条件等，完成满足用户需求的风电机组的外观图、部件图、零件图、电气系统原理及连线图等，以及如用户手册、安装说明等相关设计文件资料.风力发电是一门涉及电气、机械、计算机、气象等多种学科的交叉学科.1因此在风电机组的设计过程中，技术人员需要用到涵盖许多学科的知识、资料和信息.在整个设计过程中，首先要按照国家有关部门提出的如电工术语风力发电机组(GB/T2

4、900.53-2001)等一系列技术名词术语、技术标准、设计要求、安全规范、测试与试验方法等，对于国内暂无的有关资料可以采用国际上通行的技术要求进行设计，以满足风电机组广泛的应用需求.其次，在设计风电机组的过程中，还需要保证风电机组的运行可靠安全性、经济性、技术的先进性、工艺和易维修性.风电机组的设计步骤应包括方案设计、技术设计和施工设计三个部分.由于施工设计主要是根据前两部分的设计教过进行荷载计算、强度刚度计算分析等，因此本文主要就建模仿真软件在风电机组设计的前两个部分的应用做简要分析.风电机组方案设计主要包括确定风电机组的基本参数，结构形式等，一般也应包括对风机整体进行质量预估和载荷分析，

5、对于主要结构部件进行初步选型，完成风电机组机舱的设计和机舱内部结构的布局和模型设计.风电机组的技术设计是指根据方案设计的计算、仿真结果和相关数据资料，进行整机部件结构的设计，确定所需的技术要求，根据计算的载荷对关键不见记性进一步计算与分析，设计满足全部技术要求，保证安全可靠的电气、安全与控制系统.Garrad Hassan 软件是一款整机的计算仿真工具，它适用于陆上和海上的多种尺寸和型式的水平轴风力机，进行设计和认证所需的性能和载荷计算.2软件本身的可靠性已通过船级社认证.Garrad Hassan 具有多个功能子模块，包括风轮模型、叶片模型、塔架和机舱模型、外部环境模型等建模和计算模块.通过

6、各个模块功能的设计、运用与实现可以对风力发电机组整机的气动特性、结构动力学特性及所受的载荷进行计算和仿真.3.1 GH Bladed 在风电机组叶片设计中的应用 在设计风电机组的叶片过程中，由于 GH Bladed 需要的算法关系，需要在软件中输入大量的前期数据，后改变各个参量，进行叶片的仿真设计.GH Bladed 风力发电机设计软件界面如图 1 所示.其各部分参数均在表格中显示出来，而叶片的受力与运动方向，力矩等在图中给出.3.2 GH Bladed 载荷计算分析与塔架设计的应用 风电机组的塔架需要承受整个机组的载荷，因此在塔架设计中要充分考虑塔架由于机组自身原因和外部因素导致的受力情况，

7、在最大大气动工况和极限条件下，将风电机组全部的受力情况输入 GH Bladed 软件的计算坐标，进行有限元分析，其分样图如图 2 所示.从图中可以看出，右图为左图中白色部分的放大.ANSYS 软件是由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国 ANSYS 开发的融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件.它能如Pro/Engineer,NASTRAN,Alogor,I-DEAS,AutoCAD 等多数 CAD 软件接口，实现数据的共享和交换.4.1 ANSYS 在整机设计载荷的计算分析的应用 在风电机组整机载荷的计算中，采用 ANSYS 12.0 进行载荷仿真计算，载荷计算

8、包括边界条件和外部或内部作用力函数，在 ANSYS 软件中，可以通过后期处理的功能模块将计算结果或仿真结果以彩色等值线、矢量等多种直观的形式进行表述、显示如图 3 所示，也可以通过数值、图表等数学信息进行输出，以便下一步计算和处理.4.2 ANSYS 在风电机组叶片设计中的应用 ANSYS 12.0 版本，提供了旋转机械叶片设工具，在 ANSYS Workebench(协同仿真环境)下，提供了 ANSYS BladeModeler 也就是旋转叶片三维设计工具和ANSYS TuboGrid 即叶片设计六面体网格划分工具.通过这两个功能可以快速方便的进行叶片的建模和分析过程，确保叶片的设计满足上下

9、游部件的需求.eWind 是沈阳工业大学在国家 863 课题基础之上开发的一款大型风力发电机组设计软件，涵盖了风电机组设计的关键过程的仿真以及建模.在通过 eWind 进行风电机组载荷计算过程中，首先需要输入相关的参数，建立风电机组的数学模型并进行核验，核验后进行仿真调试，确定在需要功率下的桨距角、机械制动力矩、该力矩下的转速等相关参数信息，设定需要计算载荷的工况，最后处理和输出结果，同时输出机组性能的评估报告.建模仿真软件在风电机组设计中的运用，通过软件的使用和图形等因素的直观表现，极大的减小了技术人员的计算量，提高了工作效率，优化了设计结果.但也存在由于算法存在差异，不同软件公司存在数据交换仍存在问题，国内相关软件开发相对落后等问题.【相关文献】1代长明,颜庭煜,杜春梅.风能转换系统建模与控制的研究J.河北建筑工程学院学报,2014,2:033 2金大伟.兆瓦级风力发电机组整机结构强度分析D.辽宁工程技术大学,2009