5.3结构设计5.3.1 概述风力发电机组的结构设计应以承载零部件结构完整性的验证为基础。应通过计算和（ 或）试验验证结构件的极限强度和疲劳强度，已证实具有适当安全水平风力发电机组的结构完整性。结构分析应以ISO2394或其他适用标准或手册为依据。应通过计算和（ 或）试验来确定和验证可接收的安全水平，已证实设计加载不会超过相应的设计抗力。应使用适当的方法进行计算，在设计文件中应有计算方法说明。这些说明应包括计算方法有效性的证据，或相应验证研究用的参考文献。任何试验载荷水平都应反映相应计算用的安全系数。5.3.2设计方法应验证风力发电机组的设计不超过限制状态，正如ISO2394所规定，也可用模型试验和原型机试验代替结构设计验证计算。5.3.3 载荷设计计算应考虑的载荷在5.3.3.1~5.3.3.4中规定。5.3.3.1惯性载荷和重力惯性载荷和重力是由于振动、转动、地球引力和地震引起的作用在风力发电机组上的静态和动态载荷。5.3.3.2气动载荷气动载荷是由气流及气流与风力发电机组不动和运动部件相互作用引起的静态和动态载荷。气流取决于风轮转速、通过风轮平面的平均风速、湍流、空气密度和风力发电机组零部件的气动外形及相互影响（ 包括气动弹性效应）。5.3.3.3运动载荷运动载荷是由于风力发电机组的运行和控制生产的，可将它们分成若干类。每一类都与风轮转数的控制有关，例如，通过叶片或其他气动装置的变矩控制。运行载荷包括由风轮停转和起动，发电机接通和脱开引起的传动链机械刹车和瞬态载荷，以及偏转载荷。5.3.3.4其他载荷其他载荷，如波动载荷、尾流载荷、冲击载荷、冰载荷等都可能发生，凡是适用的均应考虑。5.3.4设计工况和载荷情况本条风力发电机组设计载荷情况的构成，并规定了应考虑的最低数量。为了设计目的，可用一组包含风力发电机组可能经历的重要状态的设计工况来给出风力发电机组的寿命。确定载荷情况应以具体的装配、吊装、维修、运行状态或设计工况同外部条件的组合为依据，必须考虑具有合理出现概率的所有相关载荷情况，以及控制和的特性。通常用于确定风力发电机组结构完整性的设计载荷情况，可由下列组合进行计算：———正常设计工况和正常外部条件；———正常设计工况和极端外部条件；———故障设计工况和允许的外部条件；———运输、安装和维修设计工况和适当的外部条件。如果极端外部条件和故障工况之间存在某种关系，则应将两者的实际组合作为一种设计载荷情况。在每种设计工况中，应考虑用几种设计载荷情况验证风力发电机组零部件的结构完整性。至少应考虑表2中的设计载荷情况，此表中的设计载荷情况是按照每个设计工况给出的，并有风况、电网和其他外部条件规定。[attachment=2876] [attachment=2877] 如特殊风力发电机组设计需要时，应考虑与安全有关的其他设计载荷情况。对每种设计工况，在表2中用F和U规定了分析适用的类型。F 表示疲劳载荷分析，用于疲劳强度评定；U表示极限载荷分析，如超过材料最大强度分析，叶尖变形分析和稳定性分析。标有U的设计工况分为正常（N）类、非正常（A）类或运输和吊装（T）类。在风力发电机组寿命期内，预期的正常设计工况是经常出现的，风力机处于正常工作状态或可能出现轻微故障的设计工况。N、A 或T类设计工况规定了对极限载荷使用局部安全系数γf。这些系数在5.3 的表3和表4 中给出。当表2指出风速范围时，应考虑导致风力发电机组设计最不利状态的风速。可将该范围分为若干段，对每一段应给出风力发电机组寿命的适当百分比。在设计载荷情况定义中，应使用5.2.3所描述的风况。5.3.4.1发电（DLC1.1~1.9）对此设计工况，风力发电机组处于运行状态，并有电负载。设定的风力发电机组构形应计及风轮不平衡的影响。在设计计算中应考虑风轮制造所规定的最大质量和气动不平衡限制（如叶片的变距角和扭转角偏差）。此外，在运行载荷分析中，应考虑实际运行同理论上最佳运行工况的偏差，如偏航角误差和控制跟踪误差。在计算中应设各种情况的最不利组合，如风向改变与典型偏航角度误差组合（DLCI.8）或者阵风与电气接头损坏组合（DLC1.5）。设计载荷情况（DLC1.1和1.2）包含由大气湍流引起的载荷要求。DLC1.3和DLCI.6-1.9规定了作为风力发电机组寿命评定的可能临界事件的瞬态情况。在DLC1.4和DLC1.5中，考虑了由于外部故障和电气接头损坏引起的瞬变事件。5.3.4.2发电和产生故障（DLC2.1-2.3）控制和的任何故障，或电气的内部故障（如发电机短路），对风力发电机组负载有明显影响，应设它们在发电期间有可能发生。对于DLC2.1，控制出现的故障属正常事件，应加以分析。对于DLC2.2，或内部电气出现的故障罕见事件，应加以分析。如果一故障未引起立刻停机和随后的负载可导致结构产生明显疲劳损伤，则应在DLC2.3中评估这种工况的可能持续时间。5.3.4.3 启动（DLC3.1~3.3）这种设计工况包括从任一静止位置或空转状态，到发电过渡时间对风力发电机组产生载荷的所有事件。5.3.4.4正常关机（DLC4.1~4.2）此设计工况包括从发电工况到静止或空转状态的正常过渡期间对风力发电机组产生载荷的所有事件。5.3.4.5应急关机（DLC5.1）考虑由于应急关机引起的载荷。5.3.4.6停机（静止或空转）（DLC6.1~6.2）停机后的风力机风轮可能处于静止或空转状态，采用极端风况对其进行设计。如果某些零部件可能产生明显疲劳损伤（如由于空转叶片重量引起的），还应考虑在每个适当风速下所预期的不发电小时数。电网损坏对停机后的风力机影响，也应当加以考虑。5.3.4.7停机和故障状态（DLC7.1）当电网或风力发电机故障引起停机后的风力发电机组正常特性变化时，应要求对其进行分析。在停机工况中，如果风力发电机组正常特性变化是由任一非电网损坏故障引起时，则各种可能的后果应是分析的主题。故障状态应当同极端风速模型（EWM）及一年重复周期相组合。5.3.4.8运输、组装、维护和修理（DLC8.1）制造商应规定风力发电机组运输、组装、维护和修理所定的所有风况和设计工况。如果它们对风力发电机产生显著载荷，则在设计中应考虑最大允许风况。5.3.5载荷计算对每种设计载荷情况，应考虑5.3.3.1~5.3.3.4所规定的载荷。若与下列因素有关，也应予以考虑：———由风力发电机组自身（尾流诱导速度、塔影效应等）引起的空气流场扰动；———三维气流对叶片气动特性的影响（如三维失速和叶尖气动损失）；———非定常空气气动力学效应；———结构动力学和振动模态的耦合；———气动弹性效应；———风力发电机组控制和的性能； 5.3.6局部安全系数局部安全系数与载荷和材料的不确定性和可变性以及分析方法的不确定性和结构零部件的重要性（相对破坏后果而言）有关。
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