1.3 增速型风力发电机组结构设计

基于增速型风力发电机组的诸多优点，该类风力发电机组目前已成为国际上发展最成熟、应用最广泛的机型。

1.3.1 风力发电机组多学科协同设计方法

风力发电机组设计制造过程包括概念设计、初步设计、详细设计、工厂总装、吊装调试、运行测试等阶段。根据风力发电机组设计过程及各阶段设计内容，结合风力发电机组制造企业在气动载荷计算、机组设计与建模、结构分析和控制仿真等业务环节的实际情况，本书提出了风力发电机组多学科协同设计方法，具体流程如图1-5所示。

图1-5 风力发电机组多学科协同设计

该流程将风力发电机组设计工作分为三个主要环节，即概念设计、初步设计和详细设计。

概念设计阶段通过质量功能配置，将用户对机组的需求转化为机组性能参数；然后从双馈式、直驱式、半直驱式等机型中选择具体型式，完成风力发电机组的总体型式设计，再确定传动系统的构成及布局方案。

初步设计阶段分为四个环节，即选型与设计、结构性能分析、结构布局分析和系统参数校验等环节。对各个环节而言，若分析结果不符合设计要求，将校验结论向选型和设计环节反馈，三个环节共有三次反馈，反馈环节相互交错，使初步设计阶段实现闭环目标。

在初步设计合格之后，详细绘制风力发电机组的设计图纸、设计说明书及安装和运维手册。

风力发电机组多学科协同设计流程使风力发电机组在满足结构和部件的力学性能要求、总体布局合理性要求及总体经济性要求的条件下，使风力发电机组结构更为优化、设计周期更短。该流程将机械系统和电气系统的选型和设计工作并行开展，能够缩短一定的工期。

1.3.2 风力发电机组一体化建模方法

现代风电企业大多采用数字化设计方法设计和开发风力发电机组，用软件设计机组可以有效提高效率。本书提出风力发电机组一体化建模方法，即以多学科协同设计流程为基础，利用现代化的产品设计管理技术实现设计流程中各个业务环节的数据集成，用人机结合的方法对各个业务环节的风力发电机组设计任务进行解耦，对结果进行优化。图1-6为该方法的示意图。

风力发电机组一体化设计方案包括模型和参数两个层面，分别向仿真分析、结构力学分析、布局分析、经济性分析等环节做投影视图，形成针对不同环节的模型和数据视图。风力发电机组一体化建模方案从风力发电机组及其部件的选型设计开始，并以设计选型产生的参数和模型为核心，根据不同转换规则进行映射。风力发电机组一体化建模方案的采用，使大功率风力发电机组设计、分析及优化过程在数据层实现了集成。

图1-6 风力发电机组多学科一体化建模

由于集成的模型和参数具有高相关性，造成各个环节任务强耦合，因此普通优化方法难以快速形成收敛的优化解决方案，可用人机结合的方法予以寻优。产品设计管理工具可在网络上实现多工位、多环节、多部门即时互联互通，是实现人工干预和约束下的风力发电机组多目标优化的有力工具。