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Bladed 学习报告




软件简介

GH Bladed 软件是一款由英 国 Garrad Hassan and PartnersLimited 公司(以 下简称 GH 公司)开发的用于风电机组设计的专业软件。它适用于陆上和海上的多 种尺寸和型式的水平轴风机,进行设计和认证所需的性能和载荷计算。软件本身的 可靠性已 通过 GL(德国劳埃船级社)认证。目前 GH

Bladed 已被广泛应用于风机 产业,用户包括风机及零部件制造商、大学和研究机构、认证机构。 GH Bladed 为用户提供一个陆上、离岸风机性能和负载的设计解决方案。软件具 有基于 Windows 的绘图用户界面和在线帮助功能, 操作方便, 同时风机设计 计算采 用工业标准。 GH Bladed 支持风载荷和波浪载荷组合计算,采用全空气弹性和水弹性 模型并考虑地震励磁的影响。GH Bladed 具有多个功能模块,包括外壳稳定性分析、 动态负载模拟、负载与电能获取分析、批处理和报告自动生成、电网交互以及控制 设计的线性化模型。 Bladed 软件是一个用于风电机组设计与验证的集成化软件包,可以提供各种风 模型、控制系统、动力响应等多种综合模型,可用于风电机组功率分析、载荷计算、 风电机组气动性能分析等。



模块介绍

Bladed 软件的功能模块。主界面如下图所示:主要的设置和计算功能分为 13 个 部分。参数设置又分为风机参数和外部环境参数二部分。风机参数部分包括前八项, 分别为叶片 Blades、 翼型截面 Aerofoil、 叶轮 Rotor、 塔架 Tower、 传动链 Power Train、 机舱 Nacelle、控制 Control、模拟分析 Modal Analysis。剩余为环境参数部分,为风 Wind,海面状况 Sea State。

图 1-1 bladed 的主界面

软件的基本工作流程:通过调用、自定义或修改模型参数后,通过计算选项选择 计算内容计算,后通过数据观察分析功能查看计算结果并进行数据处理。

1

模块 1: Blades(叶片)主要定义叶片的外部几何尺寸,重量分布及刚度。主要的 参数有:长度、弦长(各剖面)、扭角、厚度、质量因素和刚度因素。

图 1-2

几何尺寸

图 1-3 叶片几何参数

图 1-4 质量和刚度 2

模块 2 : Aerofoil(翼型)定义了叶片翼型,并可通过对翼型的定义,确定任意攻 角下的叶片气动系数(升力系数,阻力系数等)。 Blades 和 Aerofoil 两个选项共同定义了全部的叶片参数。 叶片的性能主要依赖 于翼型、 弦长和扭角分布这几个关键参数。 其中 CL 表示升力系数 CD 表示阻力系数, CM 为俯仰系数。

图 1-5 翼型参数

模块 3: Rotor(叶轮)定义了风轮、转子轴、轮毂中,与气动力学相关的所有参数 (几何尺寸,安装相对尺寸,运行模式) 叶尖旋转圆半径:80m 轮毂高度:57.5m

图 1-6a 风轮几何尺寸

图 1-6b

轮毂几何尺寸

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Rotor diameter 为风轮直径。Number of blades 为叶片数目,通常选择三片。Hub height 为轮毂高度,即从地面到叶轮中心的距离。Blade set angle 为叶片安装角,即 桨叶与变距之间的参考线相对于风轴回转平面的角。Cone angle 叶片回转锥角。Tilt angle 仰角,即主轴和水平面的夹角。Overhang 为风轮中心到塔心的距离,即风轮回 转中心和塔筒中心线的水平距离。 Lateral offset 为侧偏移, 即主轴和塔轴的水平偏差。 Rotational sense 顺时针。 模块 4 :Tower(塔架)定义了所有塔筒(含基础)相关参数:尺寸,重量,刚度。

图 1-7 塔架参数

在 1-7 中,可以对塔的类型(land or sea)进行选择。Mass per unit length 为单 位长度质量。Bending Stiffness 为抗弯刚度。Wall thickness 壁厚。Material young’s modulus 为杨氏模量。 模块 5:Power train(传动链)定义了传动链上各个环节的相关参数,选项卡分为: 传动轴相关,安装,发电机相关,能量损耗和电网连接。电机和刹车的设置很大程 度上决定了电能输出能力和风机带载能力。

1-11a 图 1-11 传动链参数

1-11b

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在 a 图中,可以对传动的相关参数进行设置。如左上角三种形式, Not defined( 非定义 ) , locked speed drive train( 定速传动 ),dynamic drive train model(动态传动模型); 在 b 图中是对损耗情况进行设置。 左侧为 mechanical losses (机械损耗),右侧为 electrical losses(电气损耗)。视具体要求对这两种损耗进 行设置。 Transmission 为传动系统,如齿轮箱,主轴等。Mounting 为弹性支撑,这一选项 仅在确定动态驱动链时可用。Generator 为电机,提供了三种电机模型,为感应发电 机,变速发电机,变滑差发电机。Network 风力机电网连接,即定义了风电场网络的 电特性以及风电场到外部电网的连接。 模块 6:Nacelle(机舱)定义了与机舱相关的几何和结构参数,主要影响偏航负载。 Nacelle drag coefficient 为机舱阻力系数。Location of front of nacelle measured from tower axis 为机舱前端到塔 中 心 的 距 离 。 Position of centre of mass of nacelle to side of tower axis 为机舱重 心到塔轴线的侧向距离 Height of centre of mass relative to tower top 为质量 中心相对于塔顶的高度。 Position of centre of mass in front of tower 为从塔轴线到 机舱质量中心的前向距离。
图 1-12 机舱参数设置

质量:72000KG

长度: 6 m

高度: 2.5m

宽度:2.5m

模块 7:Control(控制)定义了与控制系统相关的控制策略和控制器算法,转矩和 桨叶角度控制中自带 PI 调节 (可分段) 并支持外部控制器文件的导入 (DLL 或 EXE) 。

图 1-15 控制系统参数 5

Fixed speed stall regulated 为定速失速调节,选择感应电机模型。Fixed speed pitch regulated 为定速变桨调节,选择感应电机模型,以及变桨或副翼控制叶轮。 Variable speed stall regulated 为变速失速调节, 选择变速电机模型。 Variable speed pitch regulated 为变速变桨调节,选择变速或变滑差电机模型,以及变桨或副翼控制叶轮。 Shaft brake 轴刹车。 Start-up sequence 为启动过程, Normal stop sequence 正常停 机系 Emergency stop sequence 为紧急停机过程,Idling conditions 为空转状态,Parked conditions 停机状态,Yaw control 为偏航控制,User-defined controllers 用户自定义 控制器,Pitch actuators 变桨执行器。Minimum Pitch Angle 最小桨距角,Demanded Generator Torque 电机扭矩需求,最大电机扭矩需求,在额定风速以上时用固定扭矩 值。 Demanded Generator Speed 为额定以上转速需求,即额定以上的电机转速需求。 可进行 PI 控制的调节。

模块 8:Modal

Analysis(模态分析)。设置模态分析方法(阶数、自由度、极限

位置、阻尼、正常工作模式等)后,可以仿真计算出风机主轴和塔架。

图 1-16 模态分析

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模块 9:Wind(风),风是风机的动力源和外部载荷的最主要部分。对风况的定义直 接影响风机的动态性能。风况定义的包括:时变风况定义,湍流,风剪切,塔影效 应等。

图 1-17

a 风切变

图 1-17 b

塔影效应

图 1-17C

风参数设置界面

Wind shear 风剪切,即风速随高度的变化。ower shadow 为塔影,即塔架旁的风 流失真,Upwind turbine wake 为上风向风机尾流,即上风向风机部分或完全处于尾 流中,Time varying wind 风随时间变化,Annual wind distribution 为年风速分布, Define turbulence 为定义湍流。 Refer wind speed to hub height 为参考轮毂高度风速。Height at which speed is defined 为定义速度处的高度,即确定风速的参考高度。Wind direction 为风向,从正 北方向顺时针测量。Flow inclination 为气流倾角,适合于非水平风。正值表明上升的 风。Single point History 为单点记录,3D Turbulent Wind 3D 湍流风,Transients 瞬态 变化风。
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模块 10: Calculations(计算)

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Aerodynamic information 空气动力信息,它给出了包括当前每个叶片上空气动力载荷 的空气动力参数,假定风始终是稳定的。Performance Coefficients 性能系数,即计算 功率,力矩,推力系数,Steady power curve 静态功率曲线,给出功率,力矩,推力 作为风速函数,Steady Operational Loads 静态运行载荷,计算所有在稳定风区内的载 荷,Steady Parked Loads 静态停机载荷,在稳定风区内停止风机上的载荷,Model Linearisation 线性化模拟,Iding 空转。

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三 体会
在这学期末的风能实习中,我们认识学习了 GH bladed 软件。虽然只有短短几 天时间 ,但在这几天内,学到了许多用用的东西。 GH Bladed 为用户提供一个陆上、离岸风机性能和负载的设计解决方案。软件具 有基于 Windows 的绘图用户界面和在线帮助功能, 操作方便, 同时风机设计 计算采 用工业标准。 GH Bladed 支持风载荷和波浪载荷组合计算,采用全空气弹性和水弹性 模型并考虑地震励磁的影响。GH Bladed 具有多个功能模块,包括外壳稳定性分析、 动态负载模拟、负载与电能获取分析、批处理和报告自动生成、电网交互以及控制 设计的线性化模型。 通过老师的课堂讲解加以自己的练习,掌握了一些软件的一点知识。对这个软 件的作用及使用方法有了初步的了解。 通过对软件的认识,熟悉,运用,可以对一些因素对愤怒风能功等的影响做出 一定的判断,比如在实习报告中,有个、改变 Wind 中的一些参数,使得风功率输出 的环境在有/无风切变得情况下做出对比。还有后面改变了 PI 控制中的参数。 在这学期之前开的课上就开始接触风能----我们的专业课。当时老师给我们大概 介绍了 Matlable 等软件,让我们对风资源评估有了一些理解,通过这次的短学期实 习,有了解到 GH bladed 软件,通过建模认识等方式,对软件做了大体了解。 在实习第一天老师给我们讲了一些,大概的认识了一下软件,然后我们就开始 做一些实践练习。 印象最深刻的是软件全是英文。让人头大,做图形找不到对应选项,所以,我 觉得自己有必要加强自己的英语。至少多了解。 总体来说这次实习很不错,让我了解了一个新的专业可以用的软件。在以后的 日子里,我会更加珍惜在学校的每一次的学习!

新 疆 大 学 实习(实训)报告
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实习(实训)名称:

风力发电软件应用



院:

电气工程学院



业、 班

级:

风能 121 班







师:

闫学勤





人:

姬广彬

学 时

号: 间:

20122105205 2015 年 1 月 15 日

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实习主要内容: 初步了解了Bladed软件的功能,对Bladed软件进行系统性的学习,了解每 个模块的功能。并在对该软件有了进一步的学习后,利用该软件设计自己的风电 机组,做一个基本完善的风电机组体系。

主要收获体会与存在的问题: 1.将理论教学与 Bladed 软件仿真结合,更好地理解了风力发电的有关知识, 锻炼实际操作能力,提高分析和解决问题的能力。
2.Bladed软件是一个用于风电机组设计与验证的集成化软件包, 可以提供各种

风模型、控制系统、动力响应等多种综合模型,可用于风电机组功率分析、载荷 计算、风电机组气动性能分析等。
3. 2.存在的问题:对Bladed软件认识不全面,因而进行参数设定时不确定是

否可以满足预定要求,中英文对照较为混乱,可能会选择错参数,分析出现问题。

指导教师意见:

指导教师签字: 年 备注: 月 日

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