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2种海上风力机漂浮式风电场平台动态响应对比

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太阳能学报 2023年第4期44卷 1-8页

作者：何鸿圣李春王博李蜀军张立丁勤卫上海理工大学能源与动力工程学院上海200093 上海市动力工程多相流动与传热重点实验室上海200093 中国联合重型燃气轮机技术有限公司北京100020

为研究不同海上风力机漂浮式风电场平台风浪流联合作用下动态响应,分别建立基于OC3-Hywind Spar与ITI Energy Barge平台漂浮式风力机的2×2阵列漂浮式风电场,结合辐射/绕射理论与有限元方法,使用海洋工程软件AQWA及风力机仿真软件FAST... 详细信息

为研究不同海上风力机漂浮式风电场平台风浪流联合作用下动态响应,分别建立基于OC3-Hywind Spar与ITI Energy Barge平台漂浮式风力机的2×2阵列漂浮式风电场,结合辐射/绕射理论与有限元方法,使用海洋工程软件AQWA及风力机仿真软件FAST分别进行水动力学与气动载荷计算,分析2种漂浮式风电场平台时频响应特性。结果表明:Spar与Barge平台频域响应均集中在2.00 rad/s以下低频区域,在2种风电场中,Spar风电场各平台在垂荡、纵摇、横摇、艏摇4自由度及机舱振动加速度上稳定性较好;风电场中平台横荡、纵荡及机舱振动加速度大小与其在风电场中所处位置有关。

关键词：海上风力机风电场动态响应 Spar平台 Barge平台

两种海上风力机漂浮式风电场平台动态响应对比

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太阳能学报 2022年

作者：何鸿圣李春王博李蜀军张立丁勤卫上海理工大学能源与动力工程学院中国联合重型燃气轮机技术有限公司上海市动力工程多相流动与传热重点实验室

为研究不同海上风力机漂浮式风电场平台风浪流联合作用下动态响应，分别建立基于OC3-Hywind Spar与ITI Energy Barge平台漂浮式风力机的2×2阵列漂浮式风电场，结合辐射/绕射理论与有限元方法，使用海洋工程软件AQWA及风力机仿真软件FAS... 详细信息

为研究不同海上风力机漂浮式风电场平台风浪流联合作用下动态响应，分别建立基于OC3-Hywind Spar与ITI Energy Barge平台漂浮式风力机的2×2阵列漂浮式风电场，结合辐射/绕射理论与有限元方法，使用海洋工程软件AQWA及风力机仿真软件FAST分别进行水动力学与气动载荷计算，分析两种漂浮式风电场平台时频响应特性。结果表明，Spar与Barge平台频域响应均集中在2.00 rad/s以下低频区域，在两种风电场中，Spar风电场各平台在垂荡、纵摇、横摇、艏摇4自由度及机舱振动加速度上稳定性较好；风电场中平台横荡、纵荡及机舱振动加速度大小与其在风电场中所处位置有关。

关键词：海上风力机风场动态响应 Spar平台 Barge平台

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风浪异向下超大型漂浮式风力机动态响应研究

机械强度 2022年第2期44卷 383-393页

作者：刘一鸣王博刘青松李春丁勤卫上海理工大学能源与动力工程学院上海200093 上海市动力工程多相流动与传热重点实验室上海200093 中国联合重型燃气轮机技术有限公司北京100020

以DTU 10 MW风力机为研究对象,建立OO-Star半潜式平台漂浮式风力机模型,基于叶素动量理论和辐射/绕射理论分别求解风载荷与波浪载荷,模拟不同环境载荷方向下漂浮式风力机动态响应,对比分析不同环境载荷入射角度对其响应特性的影响。结... 详细信息

以DTU 10 MW风力机为研究对象,建立OO-Star半潜式平台漂浮式风力机模型,基于叶素动量理论和辐射/绕射理论分别求解风载荷与波浪载荷,模拟不同环境载荷方向下漂浮式风力机动态响应,对比分析不同环境载荷入射角度对其响应特性的影响。结果表明:湍流风入射角度对漂浮式风力机纵荡、纵摇及艏摇运动响应影响较大,而波浪入射角度对横荡和横摇运动响应影响较大,垂荡运动响应几乎不随湍流风和波浪入射角度改变而变化。随湍流风入射角度增加,漂浮式风力机平均发电功率急剧下降,而波浪入射角度对其平均功率几乎无影响。此外,系泊系统中1号系泊拉力随湍流风和波浪入射角度增大逐渐增加,2号系泊拉力逐渐减小,而3号系泊拉力则随湍流风入射角度增加先增大再减小,随波浪入射角度增大逐渐增加。

关键词：风浪异向漂浮式风力机叶素动量理论辐射/绕射理论运动响应

基于混沌理论的超大型漂浮式风力机动态响应研究

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机械强度 2022年第1期44卷 29-37页

作者：王博刘青松李春许子非丁勤卫张立李蜀军上海理工大学能源与动力工程学院上海200093 上海市动力工程多相流动与传热重点实验室上海200093 中国联合重型燃气轮机技术有限公司北京100020

大型化后的漂浮式风力机非线性运动特征显著增强,为此以DTU 10 MW风力机为研究对象,建立NAUTILUS半潜式平台漂浮式风力机模型,在机舱内部配置调谐质量阻尼器(TMD),通过多岛遗传算法优化TMD参数,研究无TMD控制、TMD控制(未优化)及优化TM... 详细信息

大型化后的漂浮式风力机非线性运动特征显著增强,为此以DTU 10 MW风力机为研究对象,建立NAUTILUS半潜式平台漂浮式风力机模型,在机舱内部配置调谐质量阻尼器(TMD),通过多岛遗传算法优化TMD参数,研究无TMD控制、TMD控制(未优化)及优化TMD控制下漂浮式风力机运动响应特性,并基于混沌理论,采用相空间重构和最大Lyapunov指数法从定性和定量角度分析漂浮式风力机运动响应非线性特征。结果表明:TMD控制和优化TMD控制下,漂浮式风力机塔顶前后位移响应明显减小,但侧向位移响应作用较小;塔架前后加速度响应峰值在塔架高度为30 m~90 m范围内显著减小,而侧向加速度响应峰值则在塔架高度为10 m~30 m范围内有所减小。较之无TMD控制,优化TMD控制下,漂浮式风力机运动响应混沌特征减弱,最大Lyapunov指数均减小,表明优化TMD可减小其运动响应非线性特征。

关键词：超大型漂浮式风力机调谐质量阻尼器多岛遗传算法运动响应混沌特征

三种漂浮式风力机调谐质量阻尼器稳定性控制研究

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振动与冲击 2019年第21期38卷 112-119,147页

作者：黄致谦丁勤卫李春上海理工大学能源与动力工程学院

漂浮式风力机平稳运行是海上风电场建设的基本要求。为对比调谐质量阻尼器(TMD)对不同漂浮式风力机稳定性的控制效果,选取驳船型(Barge型)、浮柱型(Spar型)及半潜型(Semi型)3种漂浮式风力机,在机舱中配置TMD进行控制,研究3种漂浮式风力... 详细信息

漂浮式风力机平稳运行是海上风电场建设的基本要求。为对比调谐质量阻尼器(TMD)对不同漂浮式风力机稳定性的控制效果,选取驳船型(Barge型)、浮柱型(Spar型)及半潜型(Semi型)3种漂浮式风力机,在机舱中配置TMD进行控制,研究3种漂浮式风力机在风、浪及流载荷联合作用下的稳定性控制效果。结果表明:无TMD控制时,Barge型漂浮式风力机响应幅度远大于Spar型和Semi型漂浮式风力机;TMD控制后,Barge型漂浮式风力机的响应大幅度减小,在平台首摇和塔顶左右方向上,分别接近Spar型和Semi型漂浮式风力机;TMD对不同类型的漂浮式风力机控制效果不同,Barge型漂浮式风力机控制的效果最好,其次是Spar型,Semi型控制效果最差。研究结果可以为漂浮式风力机的设计和开发提供理论参考。

关键词：漂浮式风力机调谐质量阻尼器结构控制动态响应

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风突变效应对风力机振动特性影响研究

振动与冲击 2016年第21期35卷 47-52页

作者：丁勤卫李春叶舟阚威上海理工大学能源与动力工程学院上海200093 上海市动力工程多相流动与传热重点实验室上海200093

风是影响风力机气动特性和结构特性的最直接的因素,风速突变将诱发风力机更强的气动载荷。为分析风力机在高突变湍流风作用下结构动力学振动特性,以NREL实测数据为湍流风数据源,并添加拟序结构刻画风速突变,以NREL Wind PACT 1.5 MW桩... 详细信息

风是影响风力机气动特性和结构特性的最直接的因素,风速突变将诱发风力机更强的气动载荷。为分析风力机在高突变湍流风作用下结构动力学振动特性,以NREL实测数据为湍流风数据源,并添加拟序结构刻画风速突变,以NREL Wind PACT 1.5 MW桩柱式风力机为样机,分别研究了风力机叶片和塔架的动力学响应。结果表明:添加拟序结构前后,轮毂点处风速分形维数均在1.5左右;拟序结构的添加使得基础湍流风具有更大的风突变以及更高的湍流强度;切出风速工况,风力机叶尖位移同时为挥舞和摆振;拟序结构的添加使得叶片和塔架振动加速度成倍增加。

关键词：风力机拟序结构位移振动加速度

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不同工况下风力机翼型襟翼气动特性分析

太阳能学报 2017年第9期38卷 2535-2543页

作者：叶舟郝文星丁勤卫李春上海理工大学能源与动力工程学院上海200093 上海市动力工程多相流动与传热重点实验室上海200093

柔性尾缘襟翼(DTEF)因其对翼型气动性能的调控能力,被认为是降低叶片疲劳和局部载荷最具可行性的气动控制部件。通过对DTEF参数化建模,实现对DTEF柔性变形与控制。数值模拟DTEF在不同工况不同运动状态下气动特性的变化规律。结果表明:... 详细信息

柔性尾缘襟翼(DTEF)因其对翼型气动性能的调控能力,被认为是降低叶片疲劳和局部载荷最具可行性的气动控制部件。通过对DTEF参数化建模,实现对DTEF柔性变形与控制。数值模拟DTEF在不同工况不同运动状态下气动特性的变化规律。结果表明:通过与实验值对比,采用RNG k-ε湍流模型并于襟翼周围布置跟随襟翼运动的边界层网格可较好地模拟襟翼静态及动态气动特性。对于静态气动特性,随着流动分离的加深,襟翼对升力系数的调控能力降低,对阻力系数调控能力增加。3种工况下襟翼动态气动特性均呈现出与静态特性不同的变化规律,且随摆动频率的增加差距增加,由襟翼摆动导致的非定常效应在风力机模拟中不应被忽视。考虑襟翼运动非定常效应,采用跟随风速变化的策略控制尾缘襟翼摆动可有效减缓非定常来流下翼型受力波动。

关键词：风力机翼型尾缘襟翼气动特性计算流体力学

不同工况下漂浮式风力机整机动态特性对比分析

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热能动力工程 2016年第11期31卷 92-99页

作者：汤金桦李春丁勤卫杨阳上海理工大学能源与动力工程学院上海200093

本文以OC3-Hywind Spar平台5 MW漂浮式风力机为基础建立整机模型,采用气动-水动-伺服-弹性全耦合软件FAST,模拟计算风力机在3种经典工况下的整机动力特性并对比分析。结果表明:风轮扭矩与风力机功率的变化趋势基本一致,但扭矩波动更为剧... 详细信息

本文以OC3-Hywind Spar平台5 MW漂浮式风力机为基础建立整机模型,采用气动-水动-伺服-弹性全耦合软件FAST,模拟计算风力机在3种经典工况下的整机动力特性并对比分析。结果表明:风轮扭矩与风力机功率的变化趋势基本一致,但扭矩波动更为剧烈,风轮轴向推力受到风速和波浪周期的影响;不同工况下塔基动态载荷差异较大,但前后弯矩是主要受力方向;平台的纵荡和纵摇的变化最为剧烈,波浪对平台摇荡具有明显抑制作用;3种工况下导缆器张力与锚碇张力随时间变化规律十分相似,且系泊缆的最大张力变化规律与平台纵荡变化规律一致。

关键词： Spar平台漂浮式风力机数值模拟动态特性

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螺旋侧板对漂浮式风力机动态响应的影响研究

太阳能学报 2016年第5期37卷 1139-1147页

作者：成欣叶舟丁勤卫李春上海理工大学能源与动力工程学院上海200093

为研究螺旋侧板对漂浮式风力机动态响应的影响,建立基于Spar平台的5 MW风力机整机模型,利用有限元软件进行水动力计算,得到风力机平台在风浪流载荷联合作用下的时域和频域特性,通过与不附加螺旋侧板情况下的动态特性参数对比,探讨螺旋... 详细信息

为研究螺旋侧板对漂浮式风力机动态响应的影响,建立基于Spar平台的5 MW风力机整机模型,利用有限元软件进行水动力计算,得到风力机平台在风浪流载荷联合作用下的时域和频域特性,通过与不附加螺旋侧板情况下的动态特性参数对比,探讨螺旋侧板能否对结构的运动性起到提升作用。结果表明:附加螺旋侧板后,结构的垂荡和纵摇的运动幅值和所受波浪力均得到显著抑制;与纵荡和纵摇相比,垂荡运动的幅值和所受波浪力均受到较大影响;螺旋侧板对缆索张力无明显抑制作用。

关键词：螺旋侧板漂浮式风力机 Spar平台动态响应