Wind turbines installed in external environments are subject to a combination of various environmental and operational conditions during their lifetimes, resulting in varying mechanical loads on each of their components. These loads directly impact the turbine lifetime; therefore, research aimed at reducing the load on each component of the wind turbine is required. In this study, load analysis was performed by applying various load reduction control systems. The effect of the load reduction was verified for each controller through individual simulations. Finally, the design load cases (DLC1.1–DLC8.1) required to evaluate the ultimate and fatigue loads based on the IEC 61400-1 ed.3 international standard were defined, and the loads with respect to a 4 MW wind turbine with and without various load reduction systems were calculated. When applying all load reduction controllers, the turbine blades and the tower experienced ultimate load reductions of 1%–31% and 7%–21.7%, respectively, except the tower's side-to-side bending moment. This moment was observed in the idling condition, which was not affected by the control system; hence, no changes were observed in the load. Fatigue equivalent load reductions were also observed at the blade (3%–8.9%) and tower side-to-side load (4.8%–7.8%). Notably, however, the tower fore-aft fatigue load increased by 10% in most sections. This overall load reduction suggests that turbine components can be fabricated using less material, thereby increasing the wind turbine fatigue lifetime. This result is expected to reduce the levelized cost of energy.

中文翻译：

---

多减载控制系统对4 MW级风电机组极限载荷和疲劳载荷的影响

安装在外部环境中的风力涡轮机在其使用寿命期间会受到各种环境和运行条件的影响，从而导致其每个组件上的机械负载不同。这些负载直接影响涡轮机寿命；因此，需要进行旨在减少风力涡轮机每个部件上的负载的研究。在这项研究中，通过应用各种负载减少控制系统来进行负载分析。通过单独的模拟验证了每​​个控制器的负载减少效果。最后，定义了基于 IEC 61400-1 ed.3 国际标准评估极限载荷和疲劳载荷所需的设计载荷工况 (DLC1.1–DLC8.1)，以及与 4 MW 风力涡轮机相关的载荷并且没有计算各种减载系统。当应用所有减载控制器时，涡轮叶片和塔架的极限载荷分别减少了 1%–31% 和 7%–21.7%，但塔架的侧向弯矩除外。这个时刻是在怠速状态下观察到的，不受控制系统的影响；因此，没有观察到负载的变化。在叶片 (3%–8.9%) 和塔侧负载 (4.8%–7.8%) 上也观察到疲劳等效负载减少。然而，值得注意的是，塔架前后疲劳载荷在大多数部分增加了 10%。这种整体负载的降低表明可以使用更少的材料制造涡轮机部件，从而增加风力涡轮机的疲劳寿命。这一结果有望降低能源的平准化成本。除了塔的侧向弯矩外，涡轮叶片和塔的极限载荷分别降低了 1%–31% 和 7%–21.7%。这个时刻是在怠速状态下观察到的，不受控制系统的影响；因此，没有观察到负载的变化。在叶片 (3%–8.9%) 和塔侧负载 (4.8%–7.8%) 上也观察到疲劳等效负载减少。然而，值得注意的是，塔架前后疲劳载荷在大多数部分增加了 10%。这种整体负载的降低表明可以使用更少的材料制造涡轮机部件，从而增加风力涡轮机的疲劳寿命。这一结果有望降低能源的平准化成本。除了塔的侧向弯矩外，涡轮叶片和塔的极限载荷分别降低了 1%–31% 和 7%–21.7%。这个时刻是在怠速状态下观察到的，不受控制系统的影响；因此，没有观察到负载的变化。在叶片 (3%–8.9%) 和塔侧负载 (4.8%–7.8%) 上也观察到疲劳等效负载减少。然而，值得注意的是，塔架前后疲劳载荷在大多数部分增加了 10%。这种整体负载的降低表明可以使用更少的材料制造涡轮机部件，从而增加风力涡轮机的疲劳寿命。这一结果有望降低能源的平准化成本。这个时刻是在怠速状态下观察到的，不受控制系统的影响；因此，没有观察到负载的变化。在叶片 (3%–8.9%) 和塔侧负载 (4.8%–7.8%) 上也观察到疲劳等效负载减少。然而，值得注意的是，塔架前后疲劳载荷在大多数部分增加了 10%。这种整体负载的降低表明可以使用更少的材料制造涡轮机部件，从而增加风力涡轮机的疲劳寿命。这一结果有望降低能源的平准化成本。这个时刻是在怠速状态下观察到的，不受控制系统的影响；因此，没有观察到负载的变化。在叶片 (3%–8.9%) 和塔侧负载 (4.8%–7.8%) 上也观察到疲劳等效负载减少。然而，值得注意的是，塔架前后疲劳载荷在大多数部分增加了 10%。这种整体负载的降低表明可以使用更少的材料制造涡轮机部件，从而增加风力涡轮机的疲劳寿命。这一结果有望降低能源的平准化成本。塔架前后疲劳载荷在大部分截面上增加了 10%。这种整体负载的降低表明可以使用更少的材料制造涡轮机部件，从而增加风力涡轮机的疲劳寿命。这一结果有望降低能源的平准化成本。塔架前后疲劳载荷在大部分截面上增加了 10%。这种整体负载的降低表明可以使用更少的材料制造涡轮机部件，从而增加风力涡轮机的疲劳寿命。这一结果有望降低能源的平准化成本。