近海风电结构振动控制研究综述

近海风电结构的发展正面临“降本”、“增效”两方面问题的考验,结构振动控制技术是其突破难题的有效手段之一。然而,由于风电塔上部的风轮-机舱组件(rotor-nacelle assembly,RNA)在运行状态的非线性控制策略,给风电结构的振动控制带来了新的挑战。针对国内外近海风电结构振动控制的相关研究进行了搜集、整理与归纳,结合近海风电结构体系的动力特点分析了不同类型阻尼器的减振原理、研究方法、适用场景与性能优劣。结果表明:风电结构的振动控制将从传统高耸结构的控制理论出发,结合风机的变速-变桨时变特性,提出更加高效、有针对性的减振技术。

风-浪-流-RNA运行耦合作用下近海风电结构动态响应分析

近海风电结构不仅长期遭受风、浪、流等荷载的耦合作用,还需承担风轮-机舱组件(Rotor-Nacelle Assembly,RNA)运行作用带来的额外动力影响,这不仅会加剧结构受载集中部位的损伤,还会影响甚至中断发电机组的正常运作。为探索近海风电结构关键部位的动力特性及振动模式,该文建立考虑风-浪-流-RNA运行的单桩风电塔的耦合分析模型,采用Von Karman风谱模型和叶素动量理论计算气动荷载,通过莫里森方程求取单桩基础结构的波浪及海流荷载,对NREL 5MW单桩塔的塔顶、叶根及单桩底部开展动力响应分析。基于频谱分析法探究结构各关键部位的响应激励源;研究了在3~30m/s风速范围内,近海风电结构动态响应随风速及海流流速的动力特性变化规律。结果表明:近海风电结构动态响应在不同工作状态下会呈现不同的频谱特征,其动态响应时程的均值与峰值随风速增加呈非线性的变化趋势。

考虑RNA运行作用的近海风电结构动力响应分析

在风、浪的长期耦合作用下,海上风电结构的振动问题不仅会影响发电机组的电能输出,还会加剧结构的累积疲劳损伤,危害结构安全。为更加科学、合理地认识近海风电结构的动力特性,该文通过考虑风轮-机舱组件(rotor-nacelle assembly,RNA)运行作用及风、浪相关性,采用Von Karman风谱模型模拟湍流风场并计算气动荷载,通过莫里森方程求取单桩基础结构的波浪荷载,对NREL 5MW单桩风电塔进行动力响应分析,对比其在不同状态下的动态行为模式;通过批处理程序,开展对近海风电结构在3 m/s~30 m/s风速范围内的响应计算,探究RNA运行作用下近海风电结构位移、加速度响应随风速的变化规律。结果表明:近海风电结构在不同工作状态下的动力响应具有不同的频谱特征,其位移、加速度峰值响应会被RNA运行作用放大。