北方大风地区光伏电站平单轴跟踪支架抗风设计优化

任超 丁极枭 马晓艳

摘要：目的：北方大风地区光电站平单轴跟踪支架受风力影响较大，可能造成支架及组件变形及损坏，通过探讨分析北方某光伏电站平单轴跟踪支架的抗风设计及应用效果，为光伏电站平单轴支架抗风设计提供技术参考和帮助。方法：根据光伏电站场区实际情况，包括地理位置、方阵布置、风力状况、平单轴支架形式等，对平单轴支架抗风方式进行优化设计，重点是支架材质加固和自动抗风模式调整这两方面。结果：平单轴支架抗风优化设计效果良好，抗风能力较强。结论：通过对大风地区光伏电站平单轴支架抗风能力进行优化设计，增强了支架抗风能力，为同类光伏电站抗风设计做技术参考。

关键词：光伏电站;平单轴跟踪支架;抗风设计优化

0   引言

本光伏电站是我国北方首次大规模应用平单轴跟踪支架，本电站区域大风天气较多，大风对平单轴跟踪支架有很大影响，因此平单轴支架的抗风能力是一个重点问题。在前期设计及后期现场调试环节，需要重点考虑抗风能力，以满足安全稳定运行的要求。

1   本光伏电站简介

本光伏电站位于吉林省白城市，容量为200MW，2018年6月开工建设，2018年12月投产发电。20%的容量安装固定倾角支架，配单面310W组件;80%的容量安装平单轴跟踪支架，配双面双玻370W组件。平单轴支架基础为水泥管桩，为了满足电站农光互补“光伏+农牧业”要求，采用管桩高支架，管桩地上部分高度为2.5米，地下部分深度3.5米。管桩上部焊接金属立柱，高度0.9m，合计支架总高度3.4米。平单轴支架分为两种形式，一种是八组联动形式，一种是单轴回转形式。

2   平单轴支架抗风设计

白城地区处于大兴安岭和长白山脉之间的西南气流通道上，地势平坦，相对高差十余米，是吉林省太阳能、风能储量最丰富的地区之一。秋季冬季盛行西北风，春季盛行西南风，夏季盛行东南风，风速季节变化明显，春季平均风速4.1m/s，最大风速35m/s。本电站地区平均风速为2.9m/s，最大风速（10分钟平均）为24m/s，极大风速（2005年以后）30.1m/s，主导风向为北风。

光伏组件支架上作用的荷载主要是风荷载引起的结构内力，因此，设计时考虑在多年最大风速作用下，对支架应进行承载力、稳定性设计。

2.1  平单轴支架防风角度调整

八组联动支架抗风设计：设计环节对四周围栏处方阵进行加固处理，在外侧方阵7根立柱上都安装阻尼器，增强抗风能力。在后期现场调试环节，所有方阵大风保护动作值为16米/秒，所有支架倾角设置为迎风15°角，便于迎风抵抗风力。

单轴回转支架抗风设计：设计环节对四周围栏处方阵进行加固处理，每组7根立柱，在两侧共4根立柱上安装阻尼器，增强抗风能力。在后期现场调试环节，对外围方阵的大风保护模式进行具体优化。外围三排方阵大风保护动作值为12米/秒，支架倾角设置为20°角，便于迎风抵抗风力。内部方阵大风保护动作值为14米/秒，支架放平至0°角。

2.2 平单轴支架

白城地区主导风向为北风，光伏电站四周受风力最大，风力到电站中间部位时，风力已经受子阵阻挡而减弱，所以四周子阵防风措施设计要高于中间子阵。

平单轴设备防风设计主要考虑两方面因素，一是支架的材质、强度要满足要求，二是安装抗风阻尼器。

2.2.1 加装阻尼器进行加固

设计时考虑当地风载荷较大且起风较频繁，因此在每个立柱上各安装一个阻尼杆来减振吸收和传递风载荷能量，由此可大幅度削弱和减小风载荷对跟踪系统造成的负荷，减小对于推拉杆和驱动臂的冲击，考虑前后排对风速的折减（折减系数为0.42～0.67），并且每个立柱上安装阻尼杆也会减小和削弱风载荷对跟踪支架的受力（单向阻尼杆可减小风载荷受力约56%）。因此中间子阵的阻尼器安装数量为在单套联动中的第一排和第八排中间的立柱上采用双阻尼杆，中间排的立柱上采用个单阻尼器，受力计算分析中显示可满足设计工况时的安全运行。

2.2.2推拉杆采用格构式高强钢材质加固：

考虑到在非运行工况（安装过程中板面0°放平，而非设计工况的迎风15°），并结合现场实际情况分析，大风保护0°放平状态虽然减小了跟踪支架的受风载荷，但也使阻尼杆的作用没有得到有效地发挥造成跟踪支架的不稳定。为了消除现场由于风力风向变化的不确定性在非运行工况时对支架造成的影响，增加跟踪支架适应各种工况下的安全储备，对跟踪支架的部分构件进行适当的加固。

2.2.3推拉桿防风抗拉、抗压加固：

在原格构件四个角上用G550高强钢折弯件四周包角，用螺钉固定住，根据现场实际情况来看第三根和第五根推拉杆受力最大，所以选取1.5mm的高强钢材质14.1m的格构四个角全长加固。其中第一、二、六、七根受力较小，选取1.0mm高强钢材质全长加固，并且在两侧和下面用钢筋拉住防止其产生大的变形。第四根推拉杆中间固定往两头推拉，受力长度只有其他推拉杆的一半，也采用全长包边为了防止局部屈曲，在中间压板部位再打竖支撑局部加强。

3  单轴回转结构平单轴跟踪支架抗风能力优化设计

考虑到白城地区现场实际情况分析，大风保护0°放平状态虽然减小了跟踪支架的受风载荷，但也使阻尼杆的作用没有得到有效地发挥造成跟踪支架的不稳定。为了消除现场由于风力、风向变化的不确定性在非运行工况时对支架造成的影响，增加跟踪支架适应各种工况下的安全储备，对跟踪支架的部分构件进行适当的优化加固。

中间子阵每组7个立柱上，两侧各1个立柱安装双阻尼器，靠围栏边缘侧方阵，进行抗风加固，每组7个立柱上，两侧各2个立柱上均安装阻尼器，加强抗风能力。

光伏电站中间处平单轴支架，当风速超过14米/秒时，启动大风保护模式，本子阵全部支架倾角转动到放平0°角。可有效避免风力的影响。

光伏电站四周平单轴支架，当风速超过12米/秒时，启动大风保护模式。本子阵的外三排支架倾角转动到迎风20°角，可有效抵抗风力的影响。

4   结束语

北方大风地区某光伏电站首次大规模应用平单轴跟踪支架，根据场区实际情况，优化平单轴支架抗风能力设计，主要有两方面，一是进行传动机构强度加固，二是大风保护模式优化设计。经过冬春季节的大风天气实际测试，抗风能力强，效果良好，有效抵御北方大风气候，保证了设备安全运行。

希望本文能够对光伏电站的平单轴支架抗风能力设计提供帮助，敬请行业人士参考。

[参考文献]：无

作者简介：

作者1：姓名：任超;出生年：1980年4月7日;性别：男;工作单位：国家电力投资集团有限公司吉林电力股份有限公司白城发电公司;研究方向：新能源风电、光伏电站设计、建设、运维;单作者2：姓名：宋兴华;出生年：1972年12月21日;性别：男;工作单位：国家电力投资集团有限公司吉林电力股份有限公司白城发电公司;研究方向：新能源风电、光伏电站设计、建设、运维;作者3：姓名：马晓艳;出生年：1980年3月23日;性别：女;工作单位：国家电力投资集团有限公司吉林电力股份有限公司白城发电公司;研究方向：新能源风电、光伏电站设计、建设、运维;作者4：姓名：王金仁;出生年：1985年5月8日;性别：男;工作单位：国家电力投资集团有限公司吉林电力股份有限公司白城发电公司;研究方向：新能源风电、光伏电站设计、建设、运维;