海上风机半潜式基础概念设计与水动力性能分析

针对5 MW海上风机动力响应较大的问题,提出了半潜型浮式基础的概念设计,研究了半潜式浮式基础在不同风浪环境下的运动响应和生存能力。考虑叶片空气动力载荷及风浪载荷,以及浮式基础与系泊系统的耦合,建立风机结构系统及水动力模型,采用动量－叶素理论计算叶片空气动力载荷,在频域范围内计算了载荷传递函数。计算分析浮式基础风机系统不同风浪情况下的时域动力响应,评估了半潜型浮式基础在极限海况下的生存能力。结果显示,半潜型浮式基础运动性能良好,且在极端海况下,各系泊缆安全系数均大于1．67,破损状况下安全系数均大于1．33,该浮式基础及其系泊系统具有足够的抵抗极端海况的能力。     

半潜型垂直轴风机纵荡下气动载荷特性

为了研究半潜式垂直轴浮式风机纵荡运动对风机气动载荷的影响,本文建立了5MW浮式风机、平台、系泊系统全非线性耦合的计算模型,采用流体固体交互方法和重叠网格技术对风浪双激励下平台纵荡运动时的风机气动载荷进行分析,研究了不同速比下纵荡运动对转矩系数、叶片推力系数、能量利用率的变化规律,并与相同速比下陆地垂直轴风机进行比较。结果表明:高速比下平台以较高纵荡均值做高频小幅振荡;回复运动时转矩系数大于正向运动时转矩系数;能量利用率系数在中低速比时大于陆地风机;叶片推力系数和转矩系数变化趋势相同。本文的研究结论对于分析浮式风力机叶片载荷和估算深远海风场年发电量具有理论指导意义。     

海上风电基础波浪爬升预测方法研究综述

为全面了解海上风电基础波浪爬升预测的研究进展,准确把握风电基础波浪爬升预测方法的发展趋势,本文以风电基础波浪爬升的分类标准为出发点,综述了国内外研究者关于目前海上风电基础波浪爬升预测研究中所采用的绕射理论、速度水头理论及机器学习方法3种波浪爬升预测方法,介绍了各种方法的发展历程,并总结了基础周围波浪爬高预测的主要研究趋...     

极限波浪下半潜平台气隙和波浪爬升的统计分析

气隙是半潜式平台设计的关键参数之一。对一座深水半潜式平台在极限海况下的气隙响应进行了模型试验,研究了测点气隙的严重程度和量值的概率分布。通过试验证实,斜浪情况下平台后立柱附近为气隙最严重区域。试验结果与三维势流方法的数值预报的比较表明,测点的气隙极小值总体上低于数值计算值,亦即线性势流方法低估了气隙的严重程度。通过信号的能量谱密度分析,低频成分在气隙响应中占有较大的比例。对气隙测点的时历进行跨零统计和概率分布拟合,结果表明高斯模型能在总体上反映极限海况下气隙量值的分布规律,但在极值点的分布上需要拟合修正。     

陆上风电装配式基础结构研究综述

陆上风电结构的基础通常采用现场浇筑混凝土的施工方式,效率低,污染大,质量难以保障,不利于风电产业的高质量发展。装配式风电基础结构采用了标准化设计、工厂化生产的建造方式,能大幅缩短风电场建设周期,有效保障基础质量,并减少对环境的污染,是风电转型升级和降本增效的重要举措之一。搜集、整理和归纳陆上风电装配式基础结构及研究现状,针对风电装配式基础结构的特点,总结了梁板基础、多足基础等6类主要的风电装配式基础结构形式,并对每种形式的特点、研究现状做了详细的分析,列举了部分国内外应用装配式基础的陆上风电场项目。结果表明：陆上风电装配式基础结构需要进一步完善设计依据,优化结构形式,形成全寿命设计理论与性能控制方法,以支撑风电结构高质量发展。     

半潜柱体垂荡运动二阶水动力分析

非线性波物相互作用一直是深海工程领域关心的热点问题,因此有必要采用二阶时域理论对非线性波物相互作用问题进行研究分析.对自由面条件和物面条件进行Taylor级数展开和Stokes摄动展开得到一阶和二阶边值问题.使用基于Rank ine源的边界元法计算每一时刻的流场,并在自由面上采用积分格式的自由面条件;在远方控制面上采用多次透射边界条件;同时,对做强迫正弦垂荡的半潜柱体进行了时域模拟,讨论了二阶水动力对浮体受力的影响,并将数值结果与相关文献中的结果进行了比较和分析.结果表明采用文中方法得到的数值结果准确、稳定和高效.     

风浪联合作用下半潜式平台运动响应分析

提出风浪联合作用下深海半潜式生活平台随机运动响应的分析方法.首先,基于50对现场实测风速和波浪数据的相干函数分析,提出深海脉动风速和波浪过程的相干函数模型及其参数估计方法,并由平均样本相干函数估计出模型参数;其次,由脉动风速和波浪的互谱密度矩阵生成深海风速和波浪的随机样本,建立基于风、浪时历输入的SeSam软件分析技术...     

海上风电低频变压器铁心损耗特性实验研究

为准确分析海上风电变压器在低频工作时不同温度下的磁特性和损耗特性,推导了不同温度和频率对变压器铁心硅钢片磁特性的影响,通过实验测得某海上风电低频变压器铁心硅钢片在不同温度、不同频率下的磁化曲线和损耗曲线,分析了低频低温工作状态对变压器运行的影响,利用有限元软件建立三维模型进行了仿真验证。然后,分析了温度为80℃时变压器分别工作在工频50 Hz和低频20 Hz状态下硅钢片的损耗曲线变化规律。最后,基于实验分析和仿真验证,得出了海上风电变压器在低频低温环境下工作损耗的一般变化规律,从而为降低变压器损耗及其设计提供了依据。     

S型桨叶捕能消波浮式防波堤仿真及试验研究

为了促进开放海域海养殖装备智能化、无人值守化发展,解决离岸养殖装备自主供能以及安全防护问题,针对所提出的Savonius型（S型）桨叶捕能消波式浮式防波堤,建立二维波浪数值水池,搭建物理水槽试验系统和海试系统,通过仿真和试验研究系统在不同结构参数下的水动力学特性,分析探究相对间距、相对入水深度、波陡对系统捕能消波性能的影响. 研究结果表明：该防波堤系统能同时进行捕能和消波,其捕能性能随着波陡的增加而增加,在周期1.6 s时捕能效果最好;消波性能随相对间距的增加而变好,透射系数为0.2~0.8,消波效果显著. 系统捕能与消波性能存在相互影响,多数情况下两者不能同时达到最佳. 海试运行测试验证了该型防波堤的捕能消波效果.     

风电机组变桨距系统半实物仿真试验平台

为了解决大型风力发电机组出厂前设计整机控制系统试验投入较大问题,针对大型风电机组的变桨距系统半实物仿真平台进行试验研究,并给出了在工厂内进行变桨距控制系统性能测试的解决方案.整个半实物仿真平台采用软件模拟各种工况和载荷情况,以运行控制系统（包含变桨距控制策略）和电动变桨距执行机构为实物形式,通过信息的实时交互完成了控制性能与执行机构的测试及载荷等模拟.仿真结果表明,案例研究有效验证了半实物仿真试验平台的合理性,此方法可以为机组设计和后续生产调试提供可靠的参考依据和验证手段.     

重力式基础陆上风机结构长期动力特性试验研究

为了揭示陆上风机服役期间动力特性发展规律,针对现有重力式基础支撑的陆上风机结构开展1∶50缩尺模型试验,结合相似性理论获得风机结构在服役状态下的整机频率和阻尼演变规律. 建立顶部集中质量—塔架—基础的简化模型,基于相似性理论和循环加载装置开展7组相关试验. 试验结果表明：陆上风机结构自振频率比在运行期间呈增长的趋势,且增长速率随着循环加载次数增加逐渐减小,结构阻尼比则呈逐渐减小的发展趋势;在循环加载过程中,基底土体应变水平和荷载频率对结构动力稳定性的影响较大.     

湍流风对铰接式海上风力机动力响应的影响

为适应中等水深风电开发的需要,进一步降低成本,在铰接塔平台的设计基础上,设计了一种铰接式海上风力机,研究了其在工作海况和极限海况下湍流风对风力机动力响应的影响.采用叶素动量理论计算气动载荷,势流理论计算波浪载荷,考虑风浪流的联合作用,以及瞬时湿表面变化及铰接接头的摩擦阻尼,编写了风浪流时域耦合动力响应分析程序.使用NPD谱模拟湍流风,从而计算得到了定常风和湍流风作用下铰接式海上风力机的动力响应,分析了湍流风对于风力机运动响应和发电效率的影响. 结果表明,湍流风作用下,风轮加速度和铰接点的垂向拉力变化较小,摆角、风轮推力、发电功率和铰接点水平推力的均值分别减小,但摆角和发电功率的响应变化幅度增加.另外,湍流风本身的低频特性会增大系统的低频响应,使系统产生共振.极限海况下,铰接式基础最大摆角显著增大,但依然满足生存需求.因此,湍流风对铰接式风力机的动力响应影响较大,铰接式海上风力机运动和强度分析时不可忽略湍流风的影响.     

海上风电过电压及无功补偿问题研究

提出一种新的海上风电并网过电压及无功配置问题的动态研究方法.利用DIgSILENT PowerFacotry软件建立海上风电场模型,包括风电机组、海缆、变压器及相关的控制策略.利用时域仿真方法分析不同风速条件下风电场的有功、无功及电压特性,根据时域仿真的结果,配置无功补偿装置,调整、改善风电场电压及无功特性.通过时域仿...     

导管架基础海上风机动力响应数值分析

针对导管架基础海上风机（OWTs）,开展台风极端循环荷载下整体结构的动力响应数值计算与分析. 在数值计算中分别采用美国石油学会（API）规范的系列桩-土相互作用模型（p-y、t-z、Q-z）、可考虑桩-土界面竖向强度和刚度循环弱化效应的弹塑性t-z模型以及桩-土侧向弹塑性p-y模型. 数值研究结果表明,t-z弹簧对导管架基础海上风机泥面处抗倾覆弯矩的贡献最大;p-y弹簧的贡献可能为负,其主要作用为抵抗水平力;Q-z弹簧的贡献较小,可忽略不计. 考虑t-z弹簧的循环弱化效应会大大增加基础顶点处的转角响应;考虑t-z、p-y弹簧循环弱化耦合作用,导管架基础的平动更为明显,基础顶点处的位移响应明显增大. 在工程设计中须对桩-土循环弱化效应予以充分考虑.     

二阶波浪力下6 MW单柱浮式风力机动态响应分析

为了实现在中等深度海域浮式风力发电机的规模应用,解决能源短缺问题,针对设计出的新型6MW海上单柱浮式风力机的生存能力进行探讨,利用Sesam软件获取二阶波浪力计算时所需的wamit文件,利用气-液-固-弹性数值软件FAST对该浮式风力发电机进行时域耦合运动响应仿真模拟.分别就不同浪向下平台各自由度的运动响应、二阶平均波浪力和二阶慢漂波浪力对平台各自由度运动响应的影!响、二阶平均波浪力和二阶慢漂波浪力对锚链张力和机舱的影响进行了研究.结果表明:首摇运动随浪向角增大而增大,而波浪入射角对其他各自由度运动影响较小;二阶慢漂力对垂荡运动影响显著,且易激发较大的纵摇运动响应,并诱发较大的锚链张力;采用delta-line的系泊系统能够避免产生过大的首摇响应,且系泊系统的最大张力远在破断张力以下,整个风力机系统在恶劣海况下具有良好的生存能力.     

接入地区电力系统的大容量风电场无功补偿配置方法

在包括不同类型风电场接入的地区电力系统中,如何适当配置无功补偿容量是一个需要解决的实际问题。在此背景下,提出了适用于所有类型风电场的无功补偿容量配置方法。首先提出了"无功补偿空间"的概念,之后采用仿真计算方法来获得风电场比较准确的无功特性,进而快速确定风电场的无功补偿容量。最后,以某海上风电场为例,采用所提出的方法进行了计算和分析,说明了其可行性和有效性。     

大功率直驱风机并网技术的研究

直驱型风力发电系统主要由风力机、永磁同步发电机、电力电子变流系统以及控制系统等模块组成。变流器可以使发电机发出的能量更好并网,因此在直驱风力发电系统中占据重要地位。针对变流器主电路的设计进行了研究,首先,分别对机侧滤波器和网侧滤波器进行设计和计算,其次,选择传统的加Y电容的方法来抑制共模电压。最后,利用M ATLAB软件并结合傅里叶FFT加以分析,仿真结果中频率2 k Hz为谐波存在频率段,此频率段满足风机并网的技术条件,验证了设计方案的可行性。     

海上风力发电机组塔架海波载荷的分析

由于海上风力发电机组的外界载荷条件比陆地上的风力发电机组更加复杂,因此在机组设计中要考虑到海上风机载荷条件.在研究海波性能和运动规律的基础上,给出了海水中的塔架载荷的计算公式;针对海上风力发电机组的结构特点,将研究的海波载荷计算方法用于风机的塔架载荷计算,以1.0 MW风力发电机组为例,对塔架所承受的海波载荷和风载荷进行了计算,经过对比分析可知,风载荷大于海波载荷并为同一数量级的载荷,因此,在设计中更应注意这两种载荷的耦合作用.