風輪質量不平衡對風電機組載荷的影響分析

　　摘 要：本文理論推導了風電機組風輪質量偏心距的計算方法，并通過算例分析，給出了不同風輪最大質量偏心矩情況下風電機組各重要載荷點處的等效疲勞載荷變化情況，闡明了風輪質量不平衡對風電機組載荷的嚴重影響，說明了在實際風電機組設計和生產中嚴格控制和明確風輪質量偏心距的必要性，為風電機組優化設計提供了參考。

　　1 概述
　　在風電機組整機載荷計算中，根據相關規范或標準，需要考慮風輪的質量不平衡。目前， IEC61400 系列技術規范及其他認證規范中均沒有提到對風輪質量不平衡的具體數量上的要求，只有在GL 1999 年版認證規范（此規范已經失效）和JB/T 10300-2001《風電機組 設計要求》標準中有這樣的要求，即對配平過的風輪和沒有配平過的風輪需分別考慮0.005R 和0.05R 的質量偏心距，其中R 為風輪半徑。對風輪直徑為100m 的風電機組，由于葉片一般在出廠前都需要進行質量配平，因此其質量偏心距可選為250mm。假設風輪的質量為80t，則風輪的最大質量偏心矩為20000kgm，這樣的偏心矩是非常大的，對載荷影響非常大。因此，在風電機組設計和生產時，必須認真考慮和控制風輪的質量不平衡。
　　2 風輪最大水平質量偏心距計算
　　在風電機組整機載荷計算時需要按最不利的情況考慮風輪質量的不平衡。為了簡化問題，風輪偏心距可以分兩風輪質量不平衡對風電機組載荷的影響分析上海電氣風電設備有限公司︱郭元超 許移慶 王凡 連西崗步進行計算，即先計算三只葉片最大合成質量偏心矩對應的偏心距，此偏心距即三只葉片合成水平最大質量偏心距，再計算三只葉片合成水平最大質量偏心距與輪轂偏心距在最不利情況下的合成偏心距，此偏心距即風輪最大水平質量偏心距，此偏心距對應的風輪質量偏心矩即風輪的最大水平質量偏心矩。
　　2.1 三只葉片合成水平最大質量偏心距計算
　　三只葉片的初始位置（黑色）和順時針旋轉了α 角度后（深藍色）的位置如圖1 所示：