[发明专利]一种基于湍流分布的风电机组疲劳载荷计算方法

说明书

本发明提供一种基于湍流分布的风电机组疲劳载荷计算方法，包括以下步骤：结合风电机组对应的风速划分风速区间，根据风电机组的设计年均风速，计算每个风速区间的发生概率；使用等概率间距加局部补点方法在每个风速区间选取一定数量的风速标准差点，计算每个风速标准差点的湍流强度；计算湍流区间的发生概率；根据风速、风速标准差点的湍流强度，结合超湍流停机方法计算得到风电机组各坐标位置的载荷时序；根据每个风速区间、湍流区间的发生概率以及载荷时序，计算风电机组各坐标位置的疲劳载荷。本发明可以解决风电机组的疲劳载荷仿真结果被过评估后，在设计时会对风电机组的结构强度提出更高的要求，增加制造成本的技术问题。

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种基于湍流分布的风电机组疲劳载荷计算方法。

背景技术

在对风电机组进行设计时，疲劳载荷是一个重要的设计参考指标。风电机组的疲劳载荷可以理解为其寿命期内正常发电所产生的载荷，根据IEC61400-1风电机组设计标准，DLC1.2工况为反映风电机组疲劳载荷的主导工况，工况包括从切入风速到切出风速范围风电机组正常运行，再结合风场的风速概率分布，累积求到风电机组各坐标位置的疲劳载荷，然后将各坐标位置的疲劳载荷用于所对应的零部件设计和校核。DLC1.2工况的主要影响因素为风速、湍流。目前的常规做法，在风电机组设计时会对疲劳载荷进行仿真计算，对于风速是通过风频分布加以考虑，对于湍流是在每个风速段，采用90％概率分位数的湍流强度值进行保守评估。

但是上述对风速、湍流的简化评估过程，会导致对疲劳载荷的过评估。当对风电机组的疲劳载荷过评估后，疲劳载荷的仿真值会大于实际产生的载荷；这样风电机组在同样的设计寿命要求下，较高的疲劳载荷会对风电机组的结构强度提出更高的要求，增加制造成本。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提出一种基于湍流分布的风电机组疲劳载荷计算方法，可以解决风电机组的疲劳载荷仿真结果被过评估后，在设计时会对风电机组的结构强度提出更高的要求，增加制造成本的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

第一方面，提供了一种基于湍流分布的风电机组疲劳载荷计算方法，包括以下步骤：

结合风电机组对应的风速划分风速区间，根据风电机组的设计年均风速计算每个风速区间的发生概率；

使用等概率间距加局部补点方法在每个风速区间选取一定数量的风速标准差点，计算每个风速标准差点的湍流强度；

计算湍流区间的发生概率；

根据风速、风速标准差点的湍流强度，使用仿真软件结合超湍流停机方法进行仿真计算，得到风电机组各坐标位置的载荷时序；

根据每个风速区间、湍流区间的发生概率以及风电机组各坐标位置的载荷时序，使用仿真软件计算风电机组各坐标位置的疲劳载荷。

进一步的，风速标准差点的数量为29个。

上述技术方案取得的技术效果为：每个风速区间中共计选取29个风速标准差点，计算代价可接受，配合超湍流停机的方法，在疲劳载荷的仿真计算中，过评估程度会变得很小，可忽略不计。

进一步的，使用等概率间距加局部补点方法选取一定数量的风速标准差点，具体如下：

当累积概率在5％到95％的区间内，每间隔5％选取1个风速标准差点；

当累积概率为97％、98％、99％、99.9％、99.99％时，分别选取1个风速标准差点；

当累积概率在99.99％到100％的区间内，等间距插值选取5个风速标准差点。

进一步的，仿真计算风电机组各坐标位置的载荷时序时，由控制器对湍流强度进行判断并执行超湍流停机。