風電機組塔架優化設計系統分析

王志海

摘 要 風電機組塔架優化設計系統是當前應用較為廣泛的一種設計方式，設計效率較高。文中從風電機組塔架優化設計系統結構和風電機組塔架優化設計系統功能兩個主要方面對系統進行了詳細分析，旨在加強設計人員對系統的了解，進一步提高設計效率。

【關鍵詞】風電機組 塔架設計 優化設計 設計系統

在風電機組中，塔架是最重要的組成部分，對整個風電機組運行的穩定性具有較為重要的影響。當前，在對風電機組塔架進行設計的過程中，主要是通過設計制圖軟件來完成設計，而該種設計方法，不僅對設計工作人員工作經驗具有較高要求，并且其計算量和設計工作量非常大，在設計工作中非常容易出現問題，進而對整個風電機組塔架設計的穩定性造成影響。因此，為了能夠有效解決該問題，提升風電機組塔架的設計效率和實現塔架設計優化，我國開始嘗試使用風電機組塔架優化設計系統。

1 風電機組塔架優化設計系統結構分析

根據操作需求和功能的不同，可以將整個風電機組塔架優化設計系統分為三個層面，其分別是系統用戶界面層、系統應用服務層以及系統數據存儲層。

1.1 系統用戶界面層

系統用戶界面層相當于是整個系統的窗門，在該層面的用戶可以通過相關操作對整個系統的運行進行控制。同時，系統也會將自身的運行情況和數據信息通過窗口的形式展現給用戶，使用戶能夠對整個系統的運行情況進行詳細了解，進而確保整個系統的高效、精確運行。

1.2 系統應用服務層

在該層，用戶可以對整個系統的具體運行情況和操作進行控制，進而實現對風電機組塔架進行快速設計，并對設計進行進一步優化。在該層面，對Pro/E5.0軟件系統的交互集成，主要是通過Pro/Toolkit API來實現。

1.3 系統數據存儲層

在整個優化設計系統中，數據存儲層是最重要的組層部分，是整個系統得以實現運行和操作的基礎。數據存儲層的主要作用，就是對系統運行過程中的相關數據進行存儲。按照存儲數據的不同，可以將整個數據存儲層細分為四個數據庫，分別是參數庫、實例庫、規則庫以及模板庫。

1.3.1 參數庫

參數庫，顧名思義，其主要作用就是對風電機組塔架的設計參數進行存儲，其中，主要包括風電機組本身的技術參數、塔架設計的基本參數、塔架材料參數、零部件幾何參數以及塔架設計優化參數等。

1.3.2 規則庫

規則庫所存儲的主要是風電機組塔架優化設計中的裝配約束關系，而這些裝配約束關系數據，都是以固定的規則格式存儲在規則庫中，當系統運行需要時，直接對其進行調用。

1.3.3 實例庫

該數據庫內存儲的主要是已經設計成功的風電機組塔架設計優化案例，詳細包括了整個塔架設計過程中所涉及到的相關數據、規則以及零部件配置信息等，主要作用是為了給風電機組塔架設計優化提供可供參考的設計依據。

1.3.4 模板庫

該數據庫的主要作用是對塔架優化設計的模板文件進行存儲，通過這些模板文件能夠直接對塔架的整體骨架進行快速組裝和設計。而這些模板文件都存儲在指定目錄之下，當系統設計需要時可以直接通過目錄進行調用。

2 風電機組塔架優化設計系統功能分析

在風電機組塔架優化設計系統中，按照系統功能的不同，可以將整個優化設計系統分為四個功能模塊，其分別是結構配置模塊、分析優化模塊、參數化設計模塊和設計輸出模塊。

2.1 結構配置模塊

結構配置模塊的主要作用是對整個塔架的總體結構進行詳細設計和對塔架中零部件的結構組成配置進行設定。通過結構配置模塊，設計人員能夠對的整個塔架的結構進行初步設定，并根據優化設計需求對塔架所需零部件進行合理選擇。

首先，設計人員要在對風電機組塔架設計具體需求的基礎上，對整個風電機組塔架的總體結構進行初步設計，并由企業管理人員對初步設計方案進行審查，確定設計方案滿足要求之后存儲方案繼續進行下一設計環節。其次，在完成塔架總體結構設計之后，設計人員應該在塔架總體結構初步設計的基礎上對整個塔架的零部件進行選擇，同時，為了確保選擇的合理性，設計人員應該從現有結構模型中進行選擇，以確定所選零部件的性能屬性能夠滿足塔架優化設計要求，確定沒有問題之后，、對零部件選擇方案進行存儲。

在此過程中設計人員還應該注意，不論是在接下來的設計中發現塔架總體結構設計中出現問題，還是企業要對塔架設計進行適當調整，設計人員都應該在原有設計方案之下對塔架的總體設計進行調整和修改，并將修改之后的方案進行存儲。

2.2 分析優化模塊

該功能模塊的主要作用是對塔架總體結構的設計進行分析，并對分析結果進行優化處理。在該功能模塊，設計者需要先從結構配置模塊中取出塔架總體結構設計的主要數據，并針對結構數據對初始參數進行準確設定。然后，再利用有限元分析軟件建立起有限元分析模型，病通過求解器對塔架總體結構的靜態強度和模擬形態進行詳細計算和分析，得出優化結果。最后，根據優化結果對塔架總體結構進行優化設計，并再次將優化結果存儲。

2.3 參數化設計模塊

在通過以上兩個模塊對整個風電機組塔架總體設計進行確定之后，就需要通過參數化設計模塊對塔架總體結構的相關設計參數進行提出分析和構建零件三維模型。通過參數化設計模塊，設計人員可以在對塔架總體設計結構的相關參數進行提出之后，利用Pro/E二次開發接口將所得參數層輸送到參數化程序中，由該程序對整個塔架的總體結構進行計算分析和參數化，然后生成塔架零件的三維模型，為塔架零件的選擇和構造提供科學有效的參考依據。

2.4 設計輸出模塊

設計輸出模塊的主要作用是將確定整體設計塔架的結構轉化成二維工程圖進行輸出，附帶詳細的總體結構圖、部件圖和零件圖，并注明詳細尺寸和材料具體要求，以確保整個塔架優化設計的順利實現。

3 結束語

風電機組塔架優化設計系統，是當前對風電機組塔架進行優化設計效率最高的一種設計方式，但是由于該系統在塔架優化設計中應用的時間并不是很長，所以多數設計人員對其并不是很了解，也無法進行高效利用。因此，作為設計人員，應該不斷加強學習，加深對優化設計系統的了解和掌握，進而不斷提升自身的設計水平和設計效率。

參考文獻

[1]矜岳亮.風電機組發電機的技術發展和展望[J].電力與能源，2011（02）.

[2]方征.中國風電發展現狀、趨勢及建議[J].科技綜述，2010（04）.

作者單位

山西龍源風力發電有限公司 山西省太原市 030006