大兆瓦风力发电机组运行载荷与地震激励共同作用下的结构响应分析.pdfVIP

第42卷第4期可再生能源Vol.42.No.4

2024年4月RenewableEnergyResourcesApr.2024

大兆瓦风力发电机组运行载荷与

地震激励共同作用下的结构响应分析

刘嘉琳，史久畅，张林中，韩新月

（国电联合动力技术有限公司，北京100039)

摘要：风电机组在其全寿命服役期间持续受到风作用的同时会不可避免地遭受地震作用。文章以某大兆瓦

风电机组作为研究对象，对其分别在正常运行、停机时发生地震和运行时发生地震情况下的结构变形和力学

响应进行模拟分析。结果表明：风电机组变形随着塔筒高度的增加而增大，仅在地震作用下的水平位移明显小

于风电机组运行状态；风电机组水平位移随着地震水平的增大而增大，且变形形态不变，越靠近塔顶，变形越明

显；风电机组运行载荷对结构变形响应的影响明显大于小震和中震作用；此外，运行载荷和地震共同作用下的风

电机组变形响应明显大于两种荷载单独作用下的变形响应的简单叠加，在风电机组的结构设计中，需考虑运

行状态和地震激励的耦合作用；塔顶处应力响应最大，在设计中应对其截面进行重点验算。

关键词：风力发电机组；运行载荷；地震作用；变形响应；力学响应

中图分类号：TK81文献标志码：A文章编号：1671-5292(2024)04-0479-07

0引言过振动台试验研究了近场地震滑冲效应对风电机

风电因其可再生、清洁化、分布灵活、成本低组结构的影响，发现近断层地震滑冲效应脉冲使

等优势被广泛应用于发电系统中。随着我国“双结构响应明显增大，设计建造在地震带上的大功

碳”政策的提出，作为可再生能源的一分子,风电率风电机组时宜考虑其不利影响。戴靠山叫对风

迎来了全新的机遇，风力发电机组装机量大幅度电机组塔筒模型在近场、远场地震动输人条件下

提升[2.3]。的响应差异进行了试验对比研究,结果表明,风电

早期并网的风力发电机组多处于高风速地机组结构主次方向的地震响应具有耦合现象，同

区,随着风电技术的发展及市场倾向的转变,装机时表现出高阶振型效应。KjgorlaugRA2研究了风

地区逐渐由高风速区向中、低风速区发展,这意味电机组在水平和竖直地震作用下的动力响应,结

着风电机组叶片长度和塔筒高度需进一步增加以果表明，水平和竖直地震加速度会导致机舱风轮

捕捉更多风能，保证发电量。与此同时，在“平价上和塔筒结构损坏,发电机在震后发生故障。

网”的大环境下,需要降低风电机组生产成本,在本文以大兆瓦风电机组为研究对象，建立其

保证塔筒高度的基础上应尽可能减小塔筒壁厚，有限元仿真模型,并验证模型有效性。对风电机组

使得风电机组向着“更轻”“更柔”的方向发展4.5。分别在正常运行载荷、地震激励作用及两者共同

风力发电机组由塔筒基础、塔筒及质量很大的机作用下的结构响应进行数值模拟研究，并分析地

舱、风轮组成,是一种“头重脚轻”的特殊高笃结震作用对结构变形及力学响应的影响。

构。1风电机组分析模型

在以往的载荷计算中，将风载荷作为风电机1.1风电机组参数及地质概况

组的控制性载荷，并进行了大量的有关风致破坏将某大兆瓦风电机组作为研究对象，假设其

安装于某中低风速区,处于IⅡI类场地,第二地震

的研究[6-9。然而,随着越来越多的风力发电机组

建立于地震活跃地带，学者们开始对风电机组在动分组,地震设防烈度为8度,设计基本地震加速

地震作用下的动力学响应进行研究。陈俊岭[10]通度为0.2g。图1为风电机组效果图。

收稿日期：2022-08-09。

基金项目：国家重点研发计划项目（2020YFN1506700)；国家能源集团联合动力技术有限公司科技创新项目（LHDL-2021-02）。

作者简介：刘嘉琳(19