计算风力发电机组的载荷

在风力发电机组的载荷计算时，需要大量的计算和数据处理工作量，人工计算是无法完成的，必须使用专业的风力发电机组设计软件和载荷计算软件进行计算，尤其是风力发电机组的时域仿真，及后处理过程，专业的软件可以节省很多人力，也可以避免人为失误影响载荷计算结果的可靠性。另外当某些风力发电机组参数或工况参数发生改变时，可以很方便地重新计算。这里以沈阳工业大学开发的“大型风力发电机组设计软件-eWind”为例介绍风力发电机组载荷的计算过程。

“大型风力发电机组设计软件-eWind”是在863课题的基础上开发的针对大型风力发电机组设计领域的应用软件。在该系统中，根据风资源情况和不同类型实时设计风力发电机组整机参数和各个零部件的参数，校验参数是否满足设计模版中的约束条件，并结合整机设计技术参数模型，提供相应的分析计算，对大型风力发电机组系统控制逻辑的模拟仿真，实现了风流场计算、机组结构设计、电控系统设计的过程协同，圆满地解决了机组的结构布局优化、优质高效风电能转换和运行的安全可靠等问题。风流场计算是根据IEC61400.1-2005中规定的风力发电机组设计荷载工况的条件，对风力发电机组进行三维建模分析计算，模拟机组运行时的各种载荷工况需要的环境数据，得到计算数据从而对机组的设计进行校核优化。风轮载荷计算是基于叶素-动量理论编制的风轮功率特性及叶片载荷计算软件，根据叶片气动参数、整机参数和控制算法可以仿真出风轮功率特性和载荷分析。对于机组主要机械零部件根据通过初步校核的参数自动生成三维模型，通过零部件有限元计算分析子软件进行机组主要机械零部件应力和强度等计算分析。该系统主要实现项目管理、风力发电机组设计、零部件导入、参数设置、风流场计算、风轮载荷计算、电控系统设计仿真、主要机械零部件优化分析等功能。eWind软件由如下模块组成：

1）eWind.Design：根据风资源情况和不同类型实时设计风力发电机组整机参数和各个零部件的参数，校验参数是否满足设计模版中的约束条件，并结合整机设计技术参数模型，提供相应的分析计算。

2）eWind.AeroLoads：基于叶素-动量理论及其修正，可以计算风轮的气动特性和叶片各截面载荷，进一步计算叶根、轮毂中心、塔筒载荷。并且，可以结合外部控制程序进行气动特性和载荷的动态模拟计算。(www.xing528.com)

3）eWind.LoadCase：辅助设置工况并生成批处理计算文件，根据工况设计表可以进行独立工况的设置，也可以进行多个工况的设置。对于相同的工况设计表可以使用模板进行工况设置，极大提高了风电机组载荷计算效率。

4）eWind.LoadPost：载荷后处理可以对eWind.AeroLoads软件的计算结果文件进行操作，进行后处理计算。可以输出多个变量随时间变化的图像、极限载荷图表、等效载荷图表，便于查看结果的正确性。

风力发电机组载荷的计算过程见下述。