海洋工程试验的浮式风力发电机模型设计

应用相似原理及机械工程与结构设计方法开发并制造了完全满足几何相似与傅如德(Froude)相似的1∶50 NREL 5 MW风机试验缩尺模型。模型风机可用于衡量不同风速下风机转速、转矩、推力,以及叶片局部受载情况;同时实现了可精确模拟风机塔影效应的"风机-塔架"一体式模型设计,解决了线束干扰等问题。该缩尺模型风机为准确评估浮式风力发电机性能提供了基础。     

渔用网衣模型相似准则研究进展

由于渔用网衣属于小尺度多孔网状结构,在波流作用下的动力响应过程比较特殊,采用物理模型试验方法是目前研究网衣水动力特性的主要途径。考虑网衣结构特点、试验条件及试验误差等方面要求,科学合理地进行网衣模型相似设计是开展模型试验的前提。本文针对各国学者在不同时期结合具体研究网衣类型提出的不同网衣相似准与方法,从设计思路、适用条件及优缺点等方面进行了综述。     

大型风电机组仿真及试验系统 Ⅲ.硬件与软件系统的实现

根据已建立的主流风电机组各部分数学模型,设计并实现了大型风电机组试验及仿真系统的硬件和软件.硬件系统基于模块化技术,可兼容多家设备商控制器,具有开放性强、可互操作等特点.软件系统直接面向硬件的各组成对象,采用面向对象技术,完成了包括风机、偏航变桨、变频接入等试验仿真系统的全部内容.实际系统运行情况良好.     

海上风电机组嵌岩桩与砂土桩承载力对比分析（英文）

通过室内缩尺模型试验,比较和分析了嵌岩桩(RSP)和砂土桩在水平荷载下的承载能力.试验使用磷石膏来模拟底部岩石,采用夯实法制作上层砂土.试验前进行了颗粒分析试验以确认土壤的均匀程度.采用圆锥负荷试验(CPT)评估土壤,确认所有试验分组的土壤条件相似,即土体性质引起的误差可以忽略不计.通过有限元模拟对嵌岩桩的承载能力进行了验证,数值模拟结果与试验结果吻合良好.研究表明：嵌岩桩和砂土桩的弯矩分布一致,桩身最大弯矩的位置在2～3倍桩径深度处,但嵌岩桩的最大弯矩位置比砂土桩深约1倍桩径(5 cm);当上层覆土较浅时,嵌岩桩的承载效果更显著,承载力相对于砂土桩增加约41%;由于岩石的挤压效应,嵌岩桩的横截面变形明显小于砂土桩.     

高耸结构的风荷载试验研究

南京奥体中心的观光塔为一高耸结构,其风荷载是必须考虑的问题之一.由于观光平台及观光塔本身形状的复杂性,建筑规范无法准确给出其风荷载,因此需要在风洞中进行测压测力试验,以测定观光塔整体及局部风载,获得风场数据.文章介绍了整个试验过程,并对试验结果进行分析,根据各风向角下的风压分布特征给出了结构抗风设计和考虑载人时的最不利风向角与最大风压值,可为观光塔结构强度设计、电梯间及观光平台的玻璃幕墙设计提供风荷载依据.     

大型风电机组仿真及试验系统——Ⅰ．总述及设计

从设计、数学建模、仿真、实际硬件系统及软件系统的构建等方面研究了大型风电机组的仿真及试验系统,在风电机组各设备的全工况动态模型及空气动力学的动态模型基础上,结合实时硬件仿真平台,开发出大型风电机组仿真及试验系统。该系统包括静动态特性模型集、典型故障集、典型风况特性集、全工况仿真试验平台,可满足对现在各种主流机型的试验要求,可对风力发电机的关键部件及整机性能进行测试。研制的仿真及试验系统能够稳定可靠运行,试验证实了模型集的正确性。应用表明,系统设计合理、功能完善,各方面性能能够满足风力发电仿真和试验的要求。     

大型风电机组仿真及试验系统——I.总述及设计

从设计、数学建模、仿真、实际硬件系统及软件系统的构建等方面研究了大型风电机组的仿真及试验系统,在风电机组各设备的全工况动态模型及空气动力学的动态模型基础上,结合实时硬件仿真平台,开发出大型风电机组仿真及试验系统.该系统包括静动态特性模型集、典型故障集、典型风况特性集、全工况仿真试验平台,可满足对现在各种主流机型的试验要求,可对风力发电机的关键部件及整机性能进行测试.研制的仿真及试验系统能够稳定可靠运行,试验证实了模型集的正确性.应用表明,系统设计合理、功能完善,各方面性能能够满足风力发电仿真和试验的要求.     

大型风电机组仿真及试验系统Ⅱ．建模和仿真

建立了包括异步感应式发电机、双馈感应式发电机和永磁同步发电机在内的主流风电机组数学模型,针对不同的机组类型提出了相应的风力机模型和变频器控制策略.以建立的数学模型为基础,确立了接入无穷大系统的风电场模型,模拟风力机风速变化情况,对各个风机模型在风速扰动下的响应特性进行了仿真分析研究,并将仿真波形进行了简单的比较.仿真结果验证了模型的正确性,3种主流风力发电机模型的建立为大型风电机组仿真及试验系统提供了研究基础.     

风电机组远程监控及诊断系统设计与实现

为了解决风电机组在监控与检测维护等方面受地域、人员因素限制较大,且无法即时掌握风机性能等缺点,基于KKS编码、数据处理系统,以及基于C/S架构的在线监控诊断平台,建立风电机组远程监控及诊断系统。系统建立区域KDM数据中心,接入集控平台数据及CMS数据等,完成对所有接入数据的统一编码与存储。该系统可通过状态监测及性能评估掌握设备健康程度,为风电场的检修维护提供指导意见与实施方案,从而提高设备运维工作效率与风电场经营效益。     

漂浮式海上风电可视化机电联合仿真平台开发与实验

漂浮式海上风电是新能源开发的重要形态,现有漂浮式海上风电仿真平台存在过分简化机械或电气环节的弊端,难以表征其机电紧密耦合的特征,给相关教学和科研带来不便,因此亟待构建新型的漂浮式海上风电仿真平台。以漂浮式风机为对象,在FAST环境下建立高保真风机模型,在Simulink环境下搭建并网发电控制模型,再结合ParaView,联合构建了机电联合的可视化仿真平台,在不同风浪工况下研究了系统的机械动态响应和发电并网特性。仿真结果表明,联合仿真平台能实现漂浮式高精度的机电联合仿真,可为后续开展海上风电有关研究和实验教学提供有力支撑。     

浮式海上风机平台设计及有限元分析

海上风能发电如今占能源供给的比例越来越高,随着其未来向深海的发展趋势,固定式风机将被浮式风机平台逐步取代。基于浮式风机平台的诸多优点,浮式风机平台的研究将对我国的海上风机平台发展产生重要的意义,而浮式风机平台的设计将进一步有助于研究浮式风机平台的性能。文章基于目前海上风机平台设计中出现的问题,从浪流和风力作用角度出发,运用力学原理,设计浮式海上风机平台,并对风机平台关键部分进行有限元分析,从而表明浮式海上风机平台设计方法的有效性和可行性。     

Characteristic Aerodynamic Loads and Load Effects on the Dynamics of a Floating Vertical Axis Wind Turbine

The development of offshore wind farms in deep water favors floating wind turbine designs, but floating horizontal axis wind turbines are facing the challenge of high cost of energy(CoE). The development of innovative designs to reduce the CoE is thus desirable, such as floating vertical axis wind turbines(VAWTs). This study demonstrates the characteristics of aerodynamic loads and load effects of a two-bladed floating VAWT supported by a semi-submersible platform. Fully coupled simulations are performed using the time-domain aero-hydro-servo-elastic code SIMO-RIFLEX-AC. It is found that thrust, lateral force, and aerodynamic torque vary considerably and periodically with the rotor azimuth angle. However, the variation in the generator torque can be alleviated to some extent by the control strategy applied. Moreover, the variations of platform motions and tensions in the mooring lines are strongly influenced by turbulent winds, whereas those of tower-base bending moments are not. The towerbase bending moments exhibit notable two-per-revolution(2P) response characteristics.     

立轴风力机模型建立及性能仿真分析

为了最大程度的提高风能利用率,简化控制方式,提出采用机理分析方法建立立轴风力机组的非线性数学模型。针对此空间状态模型,提出一种新型的PID改进算法,立轴风力发电机组控制器采用该种神经网络控制策略控制发电机组的出力大小。实践证明,采用了改进型PID算法的立轴风力发电机控制器具有较强的非线性跟随能力和鲁棒性。     

Influential Factors of Bucket Foundation for Offshore Wind Turbine

In this paper, the influential design factors of wide-shallow composite bucket foundation for 3 MW offshore wind turbine are systematically studied by numerical simulation. The results show that the bucket diameter is larger than 27 m in general, and the range of 7—12 m is appropriate for cylinder height. In particular, the bucket foundation with diameter of 30 m and cylinder height of 10 m is suitable for most soils. Under ultimate loads, the bucket diameter and elasticity modulus of soil have major effects on the deformability of bucket foundation, while the influence of friction coefficient between the bucket and soil is relatively slight.     

风力机风轮模拟系统的Matlab仿真

设计了一套风轮输出特性模拟系统,通过对风速模型和风轮输出特性模型的建立,利用变频器控制异步电机的输出转矩来模拟风轮机的输出特性,并进行相应的Matlab仿真,使用所搭建的模拟平台进行试验。通过仿真研究,分析了风速变化情况下的风轮输出特性,验证了异步电机矢量控制系统的可行性。     

风电叶片静载荷应变测试试验

对大型全尺寸风电叶片的静载荷应变测试做了相关的介绍.测试方法采用电测法,加载方式采用葫芦水平加载,分挥舞正负和摆振正负4个方向进行了静载荷应变测试,即对该叶片承受的极限载荷能力以及叶片在极端载荷下的变形情况进行了相关测试.给生产叶片厂家提供了重要的技术参数,同时对叶片生产进一步的优化工作有参考价值,有利于我国风电产业走上自主研发之路.     

Effects of Second-Order Difference-Frequency Wave Forces on Floating Wind Turbine Under Survival Condition

In this paper, the effects of second-order difference-frequency wave forces on the global motion of an offshore wind turbine system with a large displacement under the survival condition are studied. In this case, the hydrodynamic force is the main force because the blades are feathered to reduce the lifting force. The first-order hydrodynamic forces are calculated by WADAM, while the second-order wave forces are calculated by a customized MATLAB module. Then the hydrodynamic coefficients are transferred to the wind turbine analytical code FAST. Through the comparisons of dynamic responses between the first- and second-order numerical models, it is found that the second-order wave forces significantly influence the motion of floating wind turbine under the survival condition. Moreover, neglecting the second-order force significantly underestimates the tension forces in the mooring lines.     

海上浮式风机混合模型试验系统开发

提出了一种海上浮式风机混合模型试验系统,该系统主要由风力机缩比物理模型、数据交互和运动控制系统、浮式平台数值模型和运动模拟平台构成。通过数据采集与控制系统实现风机物理模型-浮体数值模型之间的数据传输,在陆地实现海上浮式风机耦合的风浪联合模型试验。设计、制造了相应的风力机物理模型,开发了浮式平台数值计算模型,完成了数据交互和运动控制系统的开发,搭建了完整的混合模型试验系统,开展了初步的软、硬件系统测试,验证了该混合模型试验方法和试验系统的可行性。     

Load Transferring Mechanism on Transition Section of Composite Bucket Foundation for Offshore Wind Turbines

The composite bucket foundation(CBF) is a new kind of foundation which has been applied in the offshore wind industry. A reasonable connection pattern between the tower and the CBF top cover is crucial for load transmissions from the superstructure. Therefore, it is essential to choose an optimum structure type for the transition section. The line type and the arc transition section models were established by ABAQUS, and the internal forces of cross section were extracted along the height direction. Specifically, the force transfer mechanism for different types of the transition sections was investigated comparatively with monotonic as well as composite loadings. The results show that the curved transition structure exhibits the better mechanical characteristics under the monotonic and composite loadings, and the reason can be illustrated that its specific arc-shape structure can effectively convert the tremendous bending moment from the turbine tower into the limited tensile and compressive stresses downwards, without the occurrence of force concentration.