阵列式平台漂浮式风电场Spar平台动态响应及稳定性改进研究

摘要：

平台的稳定是漂浮式风力机安全运行的基本保障.为研究风波耦合作用下阵列式平台漂浮式风电场Spar平台的动态响应,建立基于OC3-Hywind Spar Buoy 平台的NREL 5 MW 漂浮式风力机整机模型,采用链接系泊和固定系泊建立了 3×3 阵列Spar平台漂浮式风电场.基于叶素动量理论考虑叶尖损失、轮毂损失以及动态失速通过Fortran 编程实现了水动力软件AQWA 的二次开发,建立了漂浮式风电场平台气动-水动-固定系泊-链接系泊耦合动力学模型并实现了模型算法求解,结合辐射/绕射理论研究了风波耦合作用下漂浮式风电场Spar 平台的动态响应特性,为解决系泊系统直接与Spar平台主体链接时平台产生的大幅度首摇、横摇响应问题,提出了首摇阻尼板和系泊链接点外移两种提高平台稳定性的方法,并研究了二者对漂浮式风电场平台动态响应特性的影响.结果表明:系泊系统直接将Spar平台链接建立阵列式平台漂浮式风电场的方案是不可行的,平台将产生极大的首摇、横摇响应;普通海况下,首摇阻尼板明显降低了漂浮式风电场平台的首摇、横摇响应,恶劣海况下效果不明显,系泊链接点外移在普通海况、恶劣海况两种工况下均能够明显降低漂浮式风电场平台的首摇、横摇响应;系泊链接点外移时,相对于风波入射方向,位于两侧的平台在xOy 平面运动轨迹、首摇、横摇响应具有对称性的特点,位于中间的平台P1、P4、P7 不存在横荡、横摇、首摇响应,位于两侧的平台存在横荡、横摇、首摇响应,横摇波动幅度,普通海况下约0.1°,恶劣海况约0.5°,首摇波动幅度,普通海况下约0.5°,恶劣海况约2°;此外,系泊链接点外移时,普通海况、恶劣海况两种工况下,风电场中几乎所有平台的垂荡、纵摇及机舱振动稳定性均得到了一定程度的提高.研究结果为漂浮式风力机平台稳定性的提高提供了理论参考.

关键词：漂浮式风力机、平台、阵列、叶素动量理论、辐射/绕射理论、动态响应

所属期刊栏目：40

分类号：TK83(风能、风力机械)

资助基金：国家自然科学基金;国家自然基金国际地区合作与交流;上海市"科技创新行动计划"地方院校能力建设

在线出版日期：2021-03-16（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共16页

页码：263-278