1.3 增速型風力發電機組結構設計

基于增速型風力發電機組的諸多優點，該類風力發電機組目前已成為國際上發展最成熟、應用最廣泛的機型。

1.3.1 風力發電機組多學科協同設計方法

風力發電機組設計制造過程包括概念設計、初步設計、詳細設計、工廠總裝、吊裝調試、運行測試等階段。根據風力發電機組設計過程及各階段設計內容，結合風力發電機組制造企業在氣動載荷計算、機組設計與建模、結構分析和控制仿真等業務環節的實際情況，本書提出了風力發電機組多學科協同設計方法，具體流程如圖1-5所示。

該流程將風力發電機組設計工作分為三個主要環節，即概念設計、初步設計和詳細設計。

概念設計階段通過質量功能配置，將用戶對機組的需求轉化為機組性能參數；然后從雙饋式、直驅式、半直驅式等機型中選擇具體型式，完成風力發電機組的總體型式設計，再確定傳動系統的構成及布局方案。

初步設計階段分為四個環節，即選型與設計、結構性能分析、結構布局分析和系統參數校驗等環節。對各個環節而言，若分析結果不符合設計要求，將校驗結論向選型和設計環節反饋，三個環節共有三次反饋，反饋環節相互交錯，使初步設計階段實現閉環目標。

在初步設計合格之后，詳細繪制風力發電機組的設計圖紙、設計說明書及安裝和運維手冊。

風力發電機組多學科協同設計流程使風力發電機組在滿足結構和部件的力學性能要求、總體布局合理性要求及總體經濟性要求的條件下，使風力發電機組結構更為優化、設計周期更短。該流程將機械系統和電氣系統的選型和設計工作并行開展，能夠縮短一定的工期。

1.3.2 風力發電機組一體化建模方法

現代風電企業大多采用數字化設計方法設計和開發風力發電機組，用軟件設計機組可以有效提高效率。本書提出風力發電機組一體化建模方法，即以多學科協同設計流程為基礎，利用現代化的產品設計管理技術實現設計流程中各個業務環節的數據集成，用人機結合的方法對各個業務環節的風力發電機組設計任務進行解耦，對結果進行優化。圖1-6為該方法的示意圖。

風力發電機組一體化設計方案包括模型和參數兩個層面，分別向仿真分析、結構力學分析、布局分析、經濟性分析等環節做投影視圖，形成針對不同環節的模型和數據視圖。風力發電機組一體化建模方案從風力發電機組及其部件的選型設計開始，并以設計選型產生的參數和模型為核心，根據不同轉換規則進行映射。風力發電機組一體化建模方案的采用，使大功率風力發電機組設計、分析及優化過程在數據層實現了集成。

由于集成的模型和參數具有高相關性，造成各個環節任務強耦合，因此普通優化方法難以快速形成收斂的優化解決方案，可用人機結合的方法予以尋優。產品設計管理工具可在網絡上實現多工位、多環節、多部門即時互聯互通，是實現人工干預和約束下的風力發電機組多目標優化的有力工具。