作者:林易; 李晔; 段磊 期刊:《船舶与海洋工程》 2019年第06期
利用约化频率分析漂浮式风力机在不同运行状态下的非定常气动特性及其影响因素。用不同精度的算法计算漂浮式风力机的尾迹场,预测风力机的气动状态,并考察尾迹场自诱导速度对风力机动态特性的影响。结果表明:时间步进自由涡方法具有一定的精确性,算法选择对漂浮式风力机动态特性的影响较小,对尾迹轨迹的几何稳定性的影响较大;相比固定式风力机尾迹场,漂浮式风力机尾迹场具有更强的非均匀性,同时自诱导速度对漂浮式风力机动态特性的...
作者:叶舟; 周伟; 詹培; 李春 期刊:《水资源与水工程学报》 2018年第02期
以NREL5MW海上风力机OC3-Hywind型Spar平台为研究对象,建立平台有限元模型,采用有限元方法分析了100年一遇极端海况下Spar平台的结构强度,并在满足结构强度要求的条件下,采用响应面优化设计方法,以平台结构自身重量为目标函数,对平台的内部结构进行优化设计。优化结果表明:优化后平台的结构强度符合设计规范要求;平台内部的各种肋板与加强筋的结构尺寸更加合理,并减少了平台结构的用钢量,降低了Spar平台的建造成本。
作者:余万; 李春; 丁勤卫; 郝文星; 周红杰; 袁全勇 期刊:《工程热物理学报》 2019年第05期
为探究漂浮式风力机平台在多种非规则环境载荷作用下摇荡运动中的非线性动力学特征,建立基于OC3 Spar平台的NREL 5 MW风力机整机模型,采用水动力软件AQWA求解平台的摇荡运动,基于相空间重构及最大李亚普诺夫指数法从定性及定量角度判断平台在风、浪、流载荷作用下摇荡运动时间序列的混沌特征,且进一步采用加权零阶局域法预测平台运动.结果表明:在低频时Spar平台幅值运动响应算子较大;在多重载荷作用时平台在平衡位置处做摇荡运动;...
作者:余万; 丁勤卫; 李春; 叶舟 期刊:《热能动力工程》 2018年第03期
为研究漂浮式风力机张力腿平台在风、浪、海流载荷联合作用下的时域响应及系泊受力特征,建立漂浮式风力机及张力腿平台模型,采用有限元方法,对比分析无风、额定、最大及极限工况下张力腿平台运动响应及系泊受力。4种工况作用下,极限停机工况时漂浮式平台运动响应最大,最大作业工况其次,额定作业工况再次,无风作业工况最小;但在最大工况时系泊作用力最大。结果表明:运动响应主要集中在纵荡,垂荡和纵摇方向;作业工况越恶劣,漂浮式平...
作者:王博; 丁勤卫; 李春; 邓允河 期刊:《热能动力工程》 2019年第09期
平台稳定性是漂浮式风力机安全运行的基础。以漂浮式风力机Spar平台为研究对象,借鉴“铁索连舟”增强船舶稳定性的思想,建立了共用系泊系统基于Spar平台漂浮式风电场。运用水动力学软件AQWA,采用辐射/衍射理论并结合有限元方法,研究了极限海况下风、浪及流载荷联合作用下多平台的动态响应特性。结果表明:频域分析中,Spar平台在纵荡方向上的幅值响应算子随频率增加逐渐减小,最后趋向于零;在垂荡和纵摇方向上,幅值响应算子随频率增加...
作者:余万; 丁勤卫; 李春; 郝文星 期刊:《热能动力工程》 2018年第06期
漂浮式风力机Spar平台在非规则环境载荷作用下运动具有很强的随机性和非线性。为分析平台动态响应中的非线性动力学特征,首先建立基于OC3Spar平台的NREL 5 MW风力机整机模型,采用水动力软件AQWA求解Spar平台的运动特性,进一步采用功率谱法、相空间重构以及最大Lyapunov指数法定性、定量两方面判断Spar平台在波、浪、流载荷作用下摇荡运动时间序列的混沌特征。研究表明:Spar平台在低频时运动幅值较大;平台在多重载荷作用下在平衡位...
作者:黄致谦; 周蕊; 丁勤卫; 李春 期刊:《热能动力工程》 2018年第06期
为提高漂浮式风力机的稳定性,以NREL 5 MW风力机及ITI Barge平台为控制对象,在传统单个调谐质量阻尼器(STMD)基础上提出风力机机舱及塔架中配置不同动力特性调谐质量阻尼器(TMD)的新型多重调谐质量阻尼器(MTMD)控制方法,分别研究其在环境载荷作用下队海上漂浮式风力机稳定性的控制效果。研究表明:STMD及MTMD对漂浮式风力机塔顶左右位移控制效果较明显,波动范围分别减小38%和45%,稳定性分别提高41%和46%;在STMD及MTMD控制下,...
作者:丁勤卫; 郝文星; 李春; 叶柯华; 王渊博 期刊:《振动与冲击》 2018年第23期
漂浮式风力机的稳定性研究已成为风电领域中颇具挑战性的问题。分别采用湍流风谱和波浪谱方法建立速度、方向均剧烈波动的湍流风和不规则波,以ITI Barge平台漂浮式风力机为研究对象,提出在机舱配置调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper,TMD)对风力机进行稳定性控制,基于气动-水动-伺服-弹性仿真平台FAST计算了风波联合作用下TMD风力机的动力学特性,并进一步采用多岛遗传算法对TMD诸结构参数(质量、刚度和阻尼)进行优化设计。结果表明:...
作者:丁勤卫; 李春; 袁伟斌; 郝文星; 余万 期刊:《中国电机工程学报》 2019年第04期
建立基于OC3-Hywind Spar Buoy平台的NREL 5MW漂浮式风力机整机模型,提出漂浮式风力机Spar平台主体附加垂荡板的结构设计方法,基于叶素动量理论通过Fortran编程实现AQWA的二次开发,基于辐射/绕射理论对比研究了垂荡板及其安装位置对漂浮式风力机Spar平台动态响应特性的影响。结果表明:频域分析中,垂荡板对纵荡RAO影响较小,减小了垂荡RAO,但增大了纵摇RAO。时域分析中,风波耦合作用下垂荡板增大了平台纵荡响应,但安装位置对纵荡响应...
作者:黄致谦; 丁勤卫; 李春; 汤金桦 期刊:《中国机械工程》 2018年第11期
将多重调谐质量阻尼器(MTMD)引入漂浮式风力机控制领域以提高漂浮式风力机的稳定性。以NREL 5MW风力机及ITI Barge平台为研究对象,提出在漂浮式风力机机舱和塔架中配置2个参数不同的调谐质量阻尼器(TMD),并基于多岛遗传算法,算出MTMD系统最优参数。通过对3种典型工况下、有无配置MTMD的漂浮式风力机进行模拟计算,研究了最优MTMD的控制效果。结果表明:多岛遗传算法能够有效优化MTMD参数;MTMD控制优于单一TMD控制;经参数优化后,...
作者:黄致谦; 丁勤卫; 李春 期刊:《动力工程学报》 2019年第01期
以ITI Barge型漂浮式风力机为研究对象,在机舱和塔架中配置参数不同的调谐质量阻尼器(TMD),组成多频调谐质量阻尼器(MTMD)系统。基于多岛遗传算法,对MTMD系统进行参数优化,并比较了无控制、无优化MTMD控制及优化MTMD控制下风力机的稳定性。结果表明:MTMD对塔顶纵向位移和平台横摇角有很好的抑制效果;风力机塔顶纵向位移和平台横摇角均随机舱TMD质量和塔架TMD质量的增大而减小,随TMD阻尼的增大而增大;优化MTMD控制后,风力机稳定性进...
作者:周红杰; 丁勤卫; 李春; 郝文星; 余万 期刊:《动力工程学报》 2018年第05期
以ITIBarge型漂浮式风力机平台为研究对象,对风力机机舱配置的调谐质量阻尼器(TMD)各参数采用全局多目标优化算法-多岛遗传算法进行优化设计。按最优解重新设置TMD参数,并与漂浮式风力机无控制及传统参数TMD控制的效果进行了对比分析。结果表明:漂浮式风力机塔顶左右位移及平台横摇随TMD质量增加均呈现出先减小后增大的趋势,阻尼变化对其具有一定影响,刚度变化对其影响较小;优化后TMD漂浮式风力机横摇标准差分别是无控制和...
作者:汤金桦; 李春; 丁勤卫; 杨阳 期刊:《热能动力工程》 2017年第08期
海上漂浮式风力机的稳定性研究已逐渐成为风电研究的重点与热点。以NREL(国家可再生能源实验室)5 MW风力机及ITI Barge平台为研究对象,建立海上漂浮式风力机整机模型,通过配置TMD(调谐质量阻尼器),研究其对环境载荷作用下的海上漂浮式风力机稳定性的控制效果。结果表明:TMD对漂浮式风力机塔架和平台的运动响应有明显的抑制效果,在TMD控制下,漂浮式风力机塔顶左右位移最大值降低近50%,稳定性提高38%;对漂浮式风力机平台的横摇...
作者:叶舟; 王东华; 丁勤卫; 李春 期刊:《热能动力工程》 2017年第07期
研究新型组合弹性系泊对漂浮式风力机Spar平台动态响应及系泊张力特性的影响。建立基于OC3-Hywind Spar Buoy平台的NREL5 MW漂浮式风力机整机模型,综合考虑叶片空气动力载荷、平台的水动力载荷及平台与系泊系统的耦合。首先验证水动力学模型的可靠性,然后分析组合弹性系泊对动态响应及系泊张力的影响。结果表明:组合弹性系泊会使平台纵荡增大25.5%,但系泊张力、垂荡和纵摇却会分别减小14.0%、20%和18.1%;弹性索位置对...
作者:樊亚军; 穆安乐; 杨建湘; 汤永凯 期刊:《中国电机工程学报》 2017年第11期
提出了以海水为传递介质的开环液压传动系统并应用于漂浮式风力机,建立了风力机转子、液压传动系统及发电机的数学模型。利用比例–积分–微分控制器控制系统改变液压泵排量、调整变量泵转矩以实现风力机转子最大气动能量捕获的控制策略。以5MW漂浮式风力机样机为例进行了时域建模仿真,研究了该系统在额定风速下的响应。研究结果表明:当风速在额定值11.4m/s以下时,通过提出的控制系统,能够使变量泵产生的反作用转矩接近于风力机气...
作者:王东华; 叶舟; 张楠; 李春 期刊:《热能动力工程》 2017年第02期
平台的稳定性是海上漂浮式风力机安全运行的基本保障。研究两种新型系泊型式对海上漂浮式风力机Spar平台动态响应的影响及系泊的安全性。建立基于0C3-Hy-windSparBuoy平台的NREL(美国国家可再生能源实验室)5MW漂浮式风力机整机模型,综合考虑叶片空气动力载荷、平台的波浪载荷及平台与系泊系统的耦合。首先,验证水动力学模型的可靠性,然后分析平台在不同风浪下的时域动态响应,并评估其生存能力。结果表明:两种新型系泊型式均...
作者:许波峰; 唐植懿; 袁越; 赵振宙; 王同光 期刊:《可再生能源》 2016年第11期
采用线性多步法和待定系数法建立一个新的三步三阶预估-校正时间步进法,用于自由涡尾迹方法离散涡线对流控制方程,该方法比现有差分格式更稳定,收敛更快。计算修正浮式平台运动对叶片入流和风轮尾迹形状的影响,建立了漂浮式风力机自由涡尾迹模型。采用该模型计算漂浮式风力机的气动性能,并与实验结果进行对比分析。研究结果表明,该模型能够准确地预估风力机稳态气动性能,并能准确地反映漂浮式平台运动对尾迹形状和气动性能的影响。
作者:周国龙; 叶舟; 成欣; 李春 期刊:《能源研究与信息》 2016年第03期
以美国可再生能源实验室(NREL)的5 MW漂浮式风力机和Spar平台为参考模型,采用有限元分析法分析了Spar平台的波浪载荷频域特性,包括对振幅响应算子、绕射力和F-K力频域动态响应分析,并对比了三种波浪谱(P-M谱、JONSWAP谱和Wen’s谱)海况下的时域响应.结果表明:Spar平台载荷峰值出现在低频波浪作用下,且响应明显,而随着频率的增大,其值逐渐减小;在P-M谱和Wen’s谱作用下的平台动态响应无明显差异,且两者的振幅和周期大致相同,而...
作者:王枭; 王同光; 曹九发 期刊:《南京航空航天大学学报》 2016年第04期
漂浮式风力机与近海桩基式风力机、陆上风力机差异很大,特别是漂浮平台设计复杂,对仿真工具要求更高。海上风力机除受气动载荷之外,还需进一步考虑海洋环境所施加的各种其他载荷。采用自由涡尾迹方法计算风力机气动性能,分别采用线性波和PM频谱模拟波浪运动并应用Morison方程计算波浪载荷。构建张力腿漂浮平台结构动力学方程,以气动载荷和波浪载荷为激励,得到平台响应,并反馈至气动计算,从而完成气动、结构和水动的耦合计...
作者:汤金桦; 李春; 丁勤卫; 叶舟 期刊:《水资源与水工程学报》 2016年第03期
柔性部件作为漂浮式风力机的重要组成部分,对其整机安全性有极大影响。为研究漂浮式风力机柔性部件在风浪流联合作用下的动态响应,本文基于模态截断法与多体动力学相结合的计算方法,采用水动-气动-弹性-伺服全耦合软件FAST软件,选取3种具有代表性的漂浮式风力机作为研究对象,研究其动态响应并对比分析。结果表明:在风浪流作用下,3种漂浮式风力机叶尖挥舞位移都较大,叶尖摆振位移较小;Spar和Barge的塔尖摆振位移变化相近,TLP的塔尖...