性能分析与仿真软件：提高生产力的关键

1.GH Bladed

GH Bladed软件是一款整合的计算仿真工具，它适用于陆上和海上的多种尺寸和型式的水平轴机组，进行设计和认证所需的性能和载荷计算。目前，GH Bladed已被广泛应用于风电领域，用户包括机组及零部件制造商、大学和研究机构、认证机构。Bladed软件主要通过输入参数建立风力发电机组的分析模型，但要求能够提供详尽的风力发电机组各种技术参数。建模过程分为两部分，即风力发电机组建模和外部环境条件建模。

（1）Bladed软件的风力发电机组建模功能

Bladed软件的风力发电机组建模功能内容主要包括风轮模型、叶片模型、主传动链模型、发电机和电气模型、控制模型以及塔架和机舱模型等。

（2）外部环境条件建模

外部环境条件建模是对风力发电机组性能和载荷分析的重要依据。Bladed软件的外部环境条件建模包括风速、海浪/海流、地震模型等。风速模型可以产生稳态风速、IEC标准规定或用户定义的瞬态风速、湍流风速、极端风速模型和地面风剪切模型等；海浪/海流模型包括波浪谱模型、近海面/海面下/近海岸的海流模型、规则或随机的海浪模型、非线性的极端海浪模型等；地震模型是引入非标准的地震定义，产生地表加速度时间历程，用于风力发电机组的仿真。

（3）Bladed软件的计算功能

Bladed软件的计算功能主要有塔架和叶片的模态分析、叶片（风轮）空气动力学、风力发电机组性能参数、功率曲线、平均稳态载荷、风力发电机组各种状态（静止/空转/起动/停机/正常发电/故障）性能和载荷的细节模拟、MATLAB格式的全阶线性化模型、地震载荷模拟等。它可以输出用户感兴趣的部件位置数据，如平动和转动（变形/位移/速度/加速度）、载荷（力和转矩）、电功率、电流、电压等参数。

（4）Bladed软件的结构动力学分析功能

Bladed软件可以进行风力发电机组的动力学初步分析和计算，采用模态分析方法，计算各独立转动部件和非转动部件的模态，然后采用模态合成方法进行整机的模态分析。采用能量守恒原理和拉格朗日方程建立运动方程，方程中考虑了风轮的挥舞、摆振和塔架振动的模态，并包含初期与陀螺相关的非线性和气动弹性的影响，采用四阶变步长龙格-库塔方法求解。

（5）Bladed软件的后处理模块(www.xing528.com)

用于生成项目计算报告、仿真结果处理、自动生成风力发电机组认证报告等。后处理模块可进行的计算主要包括风力发电机组年生产电能、动态功率、部件极端载荷预测、部件周期和随机载荷提取、部件载荷分量概率分布统计、谱分析、交叉谱、应力时间历程、疲劳分析、雨流计数、破坏等效载荷、极端载荷分析、基本统计学分析等。

2.HAWC

HAWC是丹麦RISϕ国家实验室研发的空气弹性仿真工具，计算风力发电机组结构的动态负载，主要应用于风力发电机空气动力学和机械部件的研究。

3.FAST

FAST（Fatigue，Aerodynamics，Structures and Turbulence，疲劳强度、空气动力学、结构和湍流分析）软件由美国国家可再生能源实验室（National renewable Energy Laboratory）和俄勒冈大学合作开发，是一种用于水平轴风轮叶片模型构建和性能分析的软件。

FAST软件包括多个功能模块，通过有关叶片模型构建的数据输入文件，如风况、叶片翼型文件和控制文件等，实现对风力发电机组工作状态的仿真。

FAST软件可以输出叶片各截面的载荷及其运行参数（如转速、叶尖速比、风轮功率、发电机功率等）的关系。一般而论，FAST软件的分析结果比较全面和可靠，但其结果和操作界面多为数据显示，不很直观。为解决此问题，FAST软件提供了可生成用于ADAMS动态分析的输出文件，对其功能是很好的扩展。

4.PROPID

PROPID程序是用于对水平轴风力机叶片进行逆向设计和分析的一种方法。它可以通过迭代相应变量，实现预期的风力机风轮性能和沿叶片展向的气动性能。PROPID耦合了Prandtl尖端损失模型和Corrigan Post-Stall模型，用来修正二维风洞翼型数据，如尖端损失、三维失速延迟模型等。在常速和变速叶轮操作中，PROPID的性能分析结果具有很好的精确性和准确性。

PROPID分析模块主要通过1D—SWEEP和2D—SWEEP命令实现。1D—SWEEP命令用来获得沿叶片展向的气动参数分布，如不同风速下叶片的升阻力系数等。2D—SWEEP命令用来获得整个风轮的气动性能，如功率与风速（包括安装角、转速等）关系，风能利用系数与叶尖速比关系等。PROPID设计模块能够通过自动迭代调整某个指定的变量，实现预期的输出值。对于目标函数为单值情况（如极值风轮功率），通过执行NEWT1—type命令实现；若目标函数为分布函数，则使用NEW T2—type命令。