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海上漂浮式风电机组结构载荷与运动特性建模与分析
| 论文题名： | 海上漂浮式风电机组结构载荷与运动特性建模与分析 |
| 关键词： | 海洋平台;风电机组;波浪载荷;流体力学 |
| 摘要： | 从近年来风电产业发展态势来看，剩余可开发陆地风电场日益减少，海上风电场的开发是必然趋势；考虑近海渔业、军事等实际条件限制，深海漂浮式风力发电机组的开发具有重要意义。早在1972年，Massachusetts大学的Heronemus教授就提出了深海漂浮式风力发电机组设计理念。与陆地和近海风力发电机组不同，海上漂浮式风力发电机组无固定底座，采用的漂浮式平台具有六自由度。然而，在复杂的服役环境下，海上漂浮式风电机组的载荷和运动特性都更复杂，不仅需要承受风载荷，还需要承受复杂的波浪载荷，这限制了海上漂浮式风电机组目前的实际应用。为此，本文以三浮桶支撑结构的海上漂浮式风电机为研究对象，从“叶片载荷与运动分析-漂浮平台设计-漂浮式平台载荷与运动分析”这一主线展开相关研究工作，旨在厘清海上漂浮式风电机组结构载荷建模与运动特性分析方法。 本研究主要内容包括：⑴构建了计及叶片柔性的载荷与运动特性建模方法。该方法将整个叶片划分为若干个单元，单元之间采用弹性铰模型，模型的精确程度可以通过叶片单元数进行控制。为便于分析，通过建立机舱坐标系，叶片坐标系，转轴坐标系等坐标系对风电机组叶片的载荷进行分析。在Matlab/Simulink环境下，构建了叶片惯性载荷计算仿真模型，离心力载荷仿真模型，重力载荷仿真模型和气动载荷仿真模型。通过对风电机组叶片载荷及运动特性进行数值仿真分析,基本掌握了其载荷与运动特性。⑵联合考虑了风波之间的关联特性，借助风电机组空气动力学理论和波浪力学理论构建风波载荷计算模型。讨论了极限服役条件下风电机组三种典型受力模型，并以此为依据作为参数设计的基准。分析时当压水舱的直径与波长的比值 DT/L0小于0.2视为小尺度结构，引入Morison方程进行载荷分析；当压水舱的直径与波长的比值DT/L0大于0.2视为大尺度结构，引入MacCamy-Fuchs公式进行载荷分析。⑶分析并建立了海上漂浮式风电机组在运行过程中承受的风载荷、波浪载荷、重力载荷等多重载荷模型，将运动过程划分为平动和转动的组合，并采用递进迭代求解的方式进行综合求解。最后在Simulink环境下将输入风模型、叶片（风轮）模型、漂浮式平台模型等多个子模型集成于风电机组整机仿真平台中，并进行数值仿真分析。仿真结果能够有效分析漂浮式风电机组运行载荷和运动特性，有助于理解其运行机理，为设计和控制提供参考。 |
| 作者： | 胡威 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 戴巨川;宋晓萍 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 湖南科技大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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