DB44-T 1936-2016 风力发电机组载荷设计规范

27.180

61备案号：54378—2017

DB44 DB44/T

风力发电机组载荷设计规范

广东省质量技术监督局

发布DB44/T

目 次前言……………………………

载荷计算……………………12

22

26

28DB44/T

前 言

DB44/T

2016风力发电机组载荷设计规范

范围

规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本标GB/T

18451.1-2012

设计要求(IEC

GL

2010

Turbines）IEC

61400-3：2009求(Wind

：Design

for

wind

术语和定义

structure

tower

shadow

DB44/T

2016

wave

wave

height

fetch

foundation风力发电机组支撑结构的组成部分，能将作用在结构上的载荷传递到地面或海床上。不同类型的图1

海上风力发电机组组成部分DB44/T

20163.10

海上风力发电机组支撑结构的一部分，由海床向上延伸，连接基础与塔架，参见图1。3.11

海上风力发电机组的一部分，包括塔架、下部结构和基础，参见图1。3.12

astronomical

tide3.13

astronomical

3.14

3.15

3.16

crossing

period3.17

(wind

and/or

3.18海底坡度

sea

floor

slope3.19

sea

DB44/T

20163.20

scour3.21

在某海况下波高的统计量，定义为ση

，其中ση

为海面高程的标准差。在波频变幅较窄的海况3.22静水位

still

water

level考虑潮汐和风暴潮效应，并排除波浪引起的变化而计算得到的理论水位。静水位可以高于、等于3.23

3.24

tidal

current3.25

tidal

range3.26

tides3.27

uni-directional

(wind

waves)3.28

DB44/T

20163.29

direction3.30

3.31

3.32

peak

frequency3.33

3.34

steepness3.35

up-crossing

wave上跨零点之间的波高随时间变化的部分。在海面自下向上（而不是自上向下）经过静水面时，出

符号和缩写4.1

符号和单位

eNN

eNN

N

DB44/T

2016 0,n n

sN

年的有效波高redN

年的折算波高15

ref

ref

hub

inoutave

年一遇，运用连续极端风速模型hub

ref redN

年的折算极端风速（3

DB44/T

2016hub 4.2

缩略语

为特殊级)

DB44/T

2016

模型参数5.1

总体要求在建立整机模型时，应保证模型尽可能地与实际模型相同，表1为整机模型建立的指导，为主要表1

主要部件模型要求

叶片刚度:

应选用弹体，至少虑挥舞和振方向上同的刚度对于叶片度（超过叶片质量矩误差：应考虑制造叶片质量和一阶质量矩与理论设计值的差别，此偏差应该在±5%以内。同时，应考虑风轮叶片之间偏差，模拟风轮间叶片不平衡质量矩应不小于单只叶片质量矩的0.2%。叶片安装角误差：由于风轮叶片的生产或装配误差可能引起的气动不对称，如果该影响未知，应假定±0.5°的叶片安装角误差（例如对于三叶片风轮：叶片1为0°，叶片2为-0.5°，叶片3为+0.5叶片结冰模型：可以通过增加叶片质量改变质量分布的方法来表示叶片结冰的情况。对其在叶片μ

(0.006750.3exp(ρ

（1）[700kg/m

其中，μ是轮毂中心到叶尖长度的1/2处前缘质量分布[kg/m]，R是风轮半径[m]，ρ[700kg/m

3

塔架refave15ref1515ref1515ref15DB44/T

2016频率：应考虑塔架内附属物质量，建模塔架频率与实际塔架频率偏差应在±5%以内。5.4

下部结构及基础5.5

电气和控制对于整机模型，电气部分动态响应参数应该来自现场实测数据。如果没有，可以采用电气部件供5.6

风模型a)

风剪切；b)

塔影；c)

外部条件

总则6.2

机组设计等级表2

风力发电机组等级的基本参数广东省沿海台风地区风场具有10分钟平均风速接近50m/s，年平均风速小于7m/s的特点，针对此广东省沿海台风地区风场具有10分钟平均风速接近50m/s，年平均风速小于7m/s的特点，针对此

σσ

σ

σDB44/T

2016S2等级适用于外部条件超出以上明确了各个参数的等级或者有其他特殊要求的设计等级，由风力风力发电机组的设计寿命至少为20年，对于海上机组至少为25年。6.3

陆上风况6.3.1

正常风况正常风况主要规定：风速分布、正常风廓线模型（NWP）和正常湍流模型（NTM），均依据GL2010中4.2节。6.3.2

极端风况ECD、EOG、EDC和EWS。ref

σ对于极端稳态风模型，50年的极端风速Ve50和1年的极端风速Ve1都应基于参考风速V。对于标准风e1（2）对于极端湍流风模型，10分钟内的平均风速是高度z的函数，重现期为50年或1年的极端湍流风速（4）对于极端湍流风模型，轮毂高度处平均风速Vhub应采用Vref或0.8Vref。要使用的模型应与正常湍流

σhub对于模拟台风时的EWMT三个方向（纵向、横向和垂直方向）速度分量的标准差如表3所示。0表3

湍流风速度分量标准差DB44/T

2016表4

台风场地类别6.4

海上风况6.4

海上风况正常风廓线模型（NWP）风廓线V(z)表示为相对于地面的高度z的函数。如果是标准风力发电机组等级，假定正常风速风（7）正常湍流风模型（NTM）对于海上风力发电机组，正常湍流风模型，轮毂高度处的风速纵向分量的标准差由公式（8）定6.4.2

极端风况假定极端风速Ve50，V和极大波高H50、H1的出现是无关联的，且其组合是保守的，则极大波高应与（10）对于海上极端风速模型EOG、ETM、EDC、ECD、EWS、EWM、ECG及RWM均按照IEC61400-3-2009中6.3T

海况海上风力发电机组载荷计算过程中，如有实测数据，应按照特定场址的实测数据进行计算，若无6.6

其他环境条件

总则风以外的环境（气候）条件可能会通过热作用、光化学作用、腐蚀作用、机械作用、电力或其他6.6.2

正常环境条件

inhubout

inhubout

hub

inhubout

in

out50

hub

DB44/T

20162336.6.3

极端环境条件b)覆冰：对于风力发电机组非旋转部分，假定暴露在外界的结冰厚度为

ρ700kg/m3。对于标准等级的海上风力发电机组，未给定对于冰的最低要求。

GB50011标准等级的海上风力发电机组未提出抗震要求的，在有可能发生地震的海域，应针对海上风力发

载荷计算7.1

陆上设计载荷工况7.1.1

工况表定义a)

b)

c)

d)

F表5

设计工况定义

hub

50

hub

hub

out

hub

out

inhubout

inhubout

out

inhubout

out

hub

out

hub

outref

DB44/T

2016表5

表6

附加设计工况定义

inhubout

inhubout

inhubout

inhubout

out

50

out

inhubout

hubref

hub DB44/T

2016ref7.1.2

发电（DLC1.1-1.9）设计载荷工况DLC1.1，包含由大气湍流引起的载荷要求。DLC1.3和DLC1.6-DLC1.9作为风力发电期限重要瞬态在DLC1.4和DLC1.5应考虑由掉电瞬态DLC1.2:

待审查的风速范围内的风速离散化时，间隔不应超过2m/s。

1.2、

1.4-DLC1.9：应包含偏航运动的偏航误差和滞后情况。如果无法验证较DLC1.3、DLC1.5-DLC1.9：应考虑导致风力发电机组的最不利条件的初始方位角。对于三叶片风DLC1.4:考虑正常外部条件时，在模拟的瞬态事件中假定每年20次电网掉电。整机制造商将确定7.1.3

发电兼有故障（DLC2.1-DLC2.3）超过次数（例如n≥n4超过次数（例如n≥nA,P≥PA）、振动、震荡、叶片变桨失控（对三叶片风力发电机组，其中一个叶片失控和两个叶片失控均需考虑）、制动系统故障（例如错误激活或非激活）和偏航失控故障。此外，7.1.4

启动（DLC3.1-DLC3.2）DLC3.1：至少应包含每年在Vin的1000次启动程序、在Vr的50次启动程序及在Vout的50次启动程序。7.1.5

DLC4.1：至少应包含每年以Vin的1000个停机程序、以Vr的50个停机程序及以Vout的50个停机程序。7.1.6

紧急停机（DLC5.1）DB44/T

20167.1.7

停机或空转（DLC6.1-DLC6.4）DLC6.1:如果确保平均偏航误差不会导致较大值并且偏航系统不会发生滑动，则假定极端稳态风速模型±15°的偏航误差，或假定极端湍流风速模型±8°的偏航误差。如果无法排除上述情况，应DLC6.2:应假定极端风况下在风暴早期阶段发生电网故障。如果后备电源不能保证至少提供控制系统运行7天以及偏航系统运行24小时，则假定±180°的风向变化。对于该工况安全系数，如果接入电网可靠性高则安全系数取1.1，如果电网可靠性差，常出现掉电情况，则安全系数取1.35。DLC6.3:重现期为一年的极端风与偏航误差相结合。对于极端稳态风速模型，假定±30°的偏航误差；对于极端湍流风速模型，则假定±20°的偏航误差。7.1.8

停机兼有故障（DLC7.1）故障条件应与极端风速模型(EWM)和一年重现期结合使用。对于极端稳态风速模型，假定±15°的偏航误差；对于极端湍流风速模型，则假定±8°的偏航误差。在此无需考虑任何其他偏航误差，用±180°7.1.9

运输、安装及维护（DLC8）DLC8.1:整机制造商应明确为风力发电机组运输、安装、维护假定的所有风况和设计状况，为了在维护条件下，应特别考虑不同锁定装置（例如叶片变桨、风轮和偏航驱动）的影响。要验证针对滑动情况的机械制动装置（启动紧急停机按钮），假定±30°的偏航误差。DLC8.2:在该载荷工况中，如果确保偏航系统在整个期间都能正常运行且不会发生滑动，则极端稳态风速模型假定±15°的偏航误差，极端湍流风速模型假定±8°的偏航误差。如果无法排除滑动7.1.10扩展的设计载荷工况DLC9.3、DLC9.4：叶片结冰工况。其中DLC9.3为考虑潮湿结冰的情况，需要考虑“所有叶片都结冰”和“只有一个叶片未结冰”这两种情况。将DLC9.3考虑进疲劳分析工况时，按照风速分布，需要考虑一年当中“只有一个叶片未结冰”的情况不得小于24小时。DLC9.4是机组结冰条件比DLC9.3更严

inhubhub

inhub

hub

inhub

hubhubhub

inhubhub

inhubSSS

inhub

SWH

inhubhub

inhubhubhubhub

inhubhubDB44/T

2016DLC9.5-DLC9.6是台风设计工况，考虑台风登陆前风力发电机组停机的状态，包括机组从发电状态到空转状态的过程中产生载荷的所有情况。若风力发电机组在受到台风前处于停机状态，则这种设是风况（风速、湍流）更加恶劣。如果考虑这种工况，则工况DLC6.1、DLC6.2、DLC6.3、DLC7.1可以T行7行24DLC9.9只需考虑±8°偏航误差。如果风电场的电网在台风经过时不经常出现掉电，则DLC9.9的安全DLC9.12:考虑台风对疲劳载荷的影响。7.2

海上设计载荷工况7.2.1

工况表定义本节规范了海上风力发电机组的设计载荷工况。设计状态的类型N、A或T确定极限载荷所使用的F，这些系数在表8中给出。设计载荷工况见表7。表7

设计工况定义

inhubhubhubin

outhubhubin

outhub

inhubhub

outhubhubouthubhubref

s50hub

red50hub

50hubref

s50hub

red50hub

s1hub

red1hubhubDB44/T

2016表7

hubs1hub

red1hub

hubhubhubs1hubred1hubhubhubDB44/T

2016表7

7.2.2

发电（DLC1.1-DLC1.6）DLC1.1和DLC1.2：包含在海上风力发电机组正常运行期间，由大气湍流和正常海况所引起的载荷DLC1.3：采用正常海况，且每个单独海况的有义波高应取相应平均风速条件下的有义波高的期望DLC1.4和DLC1.5：采用正常海况，且每个单独海况的有义波高取相应平均风速条件下有义波高的期望值，或使用正常确定性设计波来进行模拟，其中波高可假定为相应平均风速条件下有义波高的期DB44/T

2016DLC1.6b：应计算每个平均风速的极限波高。若计算DLC1.6a时，已在恶劣海况的动态仿真中完全7.2.3

发电兼有故障（DLC2.1-2.4）DLC2.1、DLC2.2、DLC2.3和DLC2.4：采用正常海况，且每个单独海况的有义波高应取为相应平均风速条件下有义波高的期望值。对于DLC2.3，可使用正常确定性波来模拟。7.2.4

启动（DLC3.1-3.3）DLC3.1、DLC3.2和DLC3.3：应采用正常海况，且每个单独海况的有义波高应取为相应平均风速条件下的有义波高的期望值，或使用正常确定性设计波来模拟这些载荷工况。对于DLC3.3，可假定在风7.2.5

正常停机（DLC4.1-4.2）7.2.6

紧急停机（DLC5.1）7.2.7

停机（静止或空转）（DLC6.1-6.4）DLC6.1和DLC6.2：考虑极端风况和极端波况的组合，整个极端环境条件的组合重现期为50年。DLC6.1、DLC6.2和DLC6.3：可通过湍流风和随机海况的组合来分析，或通过稳态风模型与确定性如果有合适的特定场址测量风向和波向，可以从中得到与设计载荷工况有关的极端风况和极端波况的组合所对应的方向偏差范围。若缺少合适的特定场址的风向和波向数据，应采用导致支撑结构上若该方向偏差角超过30º，由于在风向变化产生方向偏差角期间海况的恶劣程度降低，极大波高如果海上风力发电机组有偏航系统，并在该系统中考虑了极端风况下的偏航运动（如：自由偏航、被动偏航或半自由偏航），则应采用湍流风速模型，且偏航误差取决于湍流风向的变化和偏航系DLC6.1：对有主动偏航系统的海上风力发电机组，如可确保偏航系统不产生滑动，那么采用极端风速和极端海况的每个组合，模拟应基于至少6个1小时的真实数据。在此种情况，轮毂高度处的平均DB44/T

2016风速、湍流标准偏差和有义波高应取50年重现期值，且每个值都参考1小时的模拟周期。50年重现期（11）（12）可使用GB/T18451.1-2012中附录B的湍流模型以及上述公式给出的50年重现期平均风速的1小时值和湍流标准偏差。对于1小时模拟周期的50年重现期的有义波高可从相应的3小时基准周期的有义波高（13）在浅水区域，

2可采用小于1小时的仿真，可使用约束波方法实现。当采用10分钟模拟时间的约束波时，轮毂高度平均风速应采用50年重现期的10分钟值，有义波高应采用50年重现期的3小时值，嵌入规则波波高应不5050年。对于DLC6.1c，应采用稳态折算风速模型和极端确定性设计波。其中，风速为Vred50，波高等于重现期为50年的极大波高H50。计算DLC6.1a时，若已在极端随机海况的动态模拟中完全表现出非线性DLC6.2假定在风暴早期阶段极端风况下电网掉电的情况。除非能提供后备电源，并且可以保证控制系统运行7天，偏航系统运行24小时，否则应分析风向变化±180º所产生的影响。red50为50算DLC6.2aDLC6.3重现期为1年的极端风况应与极大偏航误差相结合。采用极端稳态风速模型时，假定极端偏航误差为±30º，采用湍流风速模型时，假定平均偏航误差为±20º。DLC6.3a：应采用极端湍流风速模型和极端海况。其中，轮毂高度处的平均风速和有义波高应取1

DLC6.3b：应采用极端稳态风速模型和折算确定性设计波，其中折算设计波的波高为Hred1，重现期为1算DLC6.3aDLC6.4：对于任何部件可能出现重大疲劳损伤（如来自空转叶片的重力）的各种风速条件，应考7.2.8

停机兼有故障（DLC7.1-7.2）海上风力发电机组的停机状态，如果任何故障（电网掉电）造成机组的不正常现象，则应分析可能产生的后果。对于偏航系统故障，则应考虑±180º的偏航误差。对于任何其他故障，偏航误差应按DLC7.1可采用极端湍流和随机海况的模拟。采用稳态风速模型或稳态折算风速模型，则应和确定

DB44/T

2016DLC7.1：计算作用于支撑结构上的载荷时，应考虑风向和波向的方向偏差。若风向和波向有合适的特定场址可供测量极端风况和极端波况的方向偏差角范围，载荷计算应基于此范围内的方向偏差角值。若缺合适的特场址的风和波向数，应采用致支撑结上作用有大载荷的方向偏差角。若该方向偏差角超过30º，海况的恶劣程度降低，极大波高可能会减小，应考虑极大波高的减小在DLC7.1在DLC7.1aDLC7.1c：采用稳态折算风速模型和极端确定性设计波，其中，应假定风速为Vred1，波高等于极大波高H1，重现期为1年。计算DLC7.1a时，若已在极端随机海况的动态模拟中完全表现出非线性波运动DLC7.2：对每个风速和海况应考虑由电网或海上风力发电机组故障导致的不发电时间的期望小时7.2.9

运输、安装、维护（DLC8.1-8.3）DLC8.1：整机制造商应说明海上风力发电机组运输、安装、维护所假定的所有风况、海况和设计DLC8.2DLC8.2a应采用DLC6.1a所描为Hred1为1DLC8.2a

则DLC8.2b

7.3

载荷计算安全系数疲劳分析工况中，安全系数应该取1.0。极限强度分析中载荷安全系数按表8取值，地震期间的载F等于1。表8

极限强度分析中载荷安全系数DB44/T

2016 通常可以自行选择坐标系。下图是可能用到的坐标系及相应的原点和坐标。为了简化，省略风轮A.1

叶片坐标系叶片坐标系原点位于叶根，通过风轮进行旋转，其朝向相对轮毂保持固定，具体见图A.1。图A.1

叶片坐标系XB

ZB

径向；YB

A.2

叶片弦线坐标系叶片弦线坐标系在相应弦线与叶片距轴的交叉处有自己的原点，通过风轮以及桨叶角度调整进行旋转，具体见图A.2。图A.2 弦线坐标系DB44/T

2016YS

ZS

XS

A.3

轮毂固定坐标系轮毂坐标系原点在风轮中心（或风轮轴的任何其他位置，例如毂缘或主轴承），坐标系不随风轮旋转，具体见图A.3。图A.3

轮毂固定坐标系XN

ZN

XN

YN

A.4

轮毂旋转坐标系轮毂坐标系原点在风轮中心（或风轮轴的任何其他位置，例如毂缘或主轴承），坐标系随风轮旋转，具体见图A.4。图A.4

轮毂旋转坐标系XR

DB44/T

2016YR

A.5

偏航轴承坐标系偏航轴承坐标系原点位于塔架轴与塔架顶端上边缘的交叉处，不随着机舱进行旋转，具体见图A.5。图A.5

偏航轴承坐标系XK

ZK

YK

A.6

塔架坐标系塔架坐标系在塔架轴与基础顶端上边缘的交叉处有自己的原点，不通过机舱进行旋转。此外，也可能是塔架轴上的其他位置。具体见图A.6。图A.6

塔架坐标系DB44/T

2016XF

ZF

YF

DB44/T

2016 B.1

载荷工况定义说明角、仿真时间）以及每个载荷工况必须的控制和安全系统参数（制动、停机、偏航、变桨等）进行说B.2

极限载荷B.3

疲劳载荷ref（5）对于变桨系统、传动链系统、偏航系统，应为相关载荷部件提供疲劳载荷的均值以及载荷分布（LDD）。B.4

其他评估DB