【摘 要】
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工业化所引起的对于不可再生能源的大量消耗,使得风能的利用引起各国广泛关注。与陆上风能资源相比,海上风能资源更加充沛。因此,海上风力机相关设计与研发被广泛关注。而塔筒柔性材料的使用,使海上风力机在外部风浪环境下振幅增大,影响风力机的可靠性和整体寿命。因此,本文研究以惯容为基础的减振结构对海上风机的结构振动控制。本文主要研究内容包括:1.利用以凯恩运动学方程为基础的风力机高仿真度软件FAST＿SC,在
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工业化所引起的对于不可再生能源的大量消耗,使得风能的利用引起各国广泛关注。与陆上风能资源相比,海上风能资源更加充沛。因此,海上风力机相关设计与研发被广泛关注。而塔筒柔性材料的使用,使海上风力机在外部风浪环境下振幅增大,影响风力机的可靠性和整体寿命。因此,本文研究以惯容为基础的减振结构对海上风机的结构振动控制。本文主要研究内容包括:1.利用以凯恩运动学方程为基础的风力机高仿真度软件FAST＿SC,在完成其与MATLAB中Simulink的接口后,可进行对5 MW漂浮式海上风力发电机的FAST＿SC模型搭建工作;2.基于风力机FAST＿SC模型的输入输出数据,采用系统辨识方法得出三自由度风力机的状态空间模型,并将其与风力机的FAST＿SC模型进行拟合度对比,以验证风力机状态空间模型的有效性;3.选定以惯容为基础的六类减振装置,其中三类为二阶次机械结构,三类为四阶次机械结构。将减振装置的导纳函数视为风力机闭环系统中的反馈控制环节。依据“特定自然频率范围内的最小阻尼比最大化”的优化思路,采用遗传算法优化减振装置的元件参数。使得加入减振装置后的风力机系统,塔顶位移与平台俯仰的阻尼比增大;4.设定风浪载荷,并生成可供FAST＿SC调用的风浪文件。在Simulink界面中,将表现最好的二阶次与四阶次减振结构嵌入风力机的FAST＿SC模型。设定仿真参数后,将加入二阶次减振结构的风力机、加入四阶次减振结构的风力机,与原风力机的时域输出进行对比,验证其对风力机的平台俯仰、塔顶位移、塔底弯矩等性能的改善。得出风浪环境下,本文所研究的二阶次、四阶次惯容减振装置均可不同程度提升海上风力机的塔顶位移、平台俯仰与塔筒疲劳载荷性能的结论。
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