基于FAST软件的海上风机风浪耦合结构动力反应分析

为了确定海上风机在环境载荷作用下的结构耦合动力反应,运用挪威可再生能源实验室的开源风机仿真软件FAST建立海上风机整体耦合分析模型,并分别计算风单独作用、浪单独作用以及风浪耦合作用下的海上风机结构动力反应,同时展开风浪载荷对结构的耦合作用的研究。结果表明,环境荷载对风机荷载、基础结构内力存在着明显的耦合作用,该耦合作用对于结构动力反应时程的幅值和均值影响较大。

FAST·RTA软件在气田动态分析中的应用——以X气田X-1井为例

X气田是典型的低渗透、低压力、低丰度气藏,开发难度很大。开采过程中开采工艺简化,使常规生产动态分析方法中所需的必要参数难以获取或所取参数不精确,造成常规生产动态分析难以实现或结果误差较大。FAST·RTA软件在进行动态分析时不需要使用任何关井数据,即可确定渗透率、可采储量、表皮系数、最终可采储量等油气藏参数,具有需求参数少且容易获取参数的特点。

基于优化FIR滤波器的独立变桨矩前馈控制系统的仿真研究

通过在反馈控制系统基础上增加前馈控制对风力发电机组进行独立变桨距控制逐渐成为了近年来的研究热点。本文用FAST软件搭建仿真平台构成5MW风力机独立变桨距复合控制系统非线性模型,采用FIR数字滤波器构成前馈控制器,并采用遗传算法对滤波器进行优化,在Turb Sim风况条件下进行仿真,并与无前馈控制系统的仿真结果进行比较,比较结果显示,前馈控制系统在一定程度上减少了风力发电机组各部分的疲劳载荷,整机载荷平均减少了3%。

单柱式浮式风力机动力响应及系缆疲劳评估研究

以5 MW单柱式浮式风力机为研究对象,提出一种考虑风浪流耦合的浮式风力机动响应分析及系缆疲劳评估方法。应用FAST软件,考虑风浪流耦合,计算浮式风力机的动态时域响应和系缆张力,使用Matlab软件编写基于雨流计数法、S-N曲线和Miner线性累积损伤理论的程序,计算系缆的疲劳寿命。结果表明：对于浮式风力机,张紧式系泊能更好地控制结构的运动响应。同一工况下,悬链线式系泊缆绳疲劳寿命明显大于张紧式系泊,且锚链和缆绳连接处更易发生疲劳损伤。虽然张紧式系泊在动力响应和疲劳性能方面不及悬链线式系泊,但考虑到新型聚酯材料具有抗拉强度高、材质轻以及耐腐蚀等特性,仍将是今后深海系泊的重要发展趋势。

基于神经元PID的风力发电机组独立变桨控制

针对传统统一变桨距控制策略存在的不足,基于风力机空气动力学原理,提出了基于神经元PID的独立变桨距控制策略,将测量的桨叶根部My方向载荷通过神经元PID控制算出d、q轴的桨距角,经反Park变换得到3个桨叶的附加桨距角,将其与统一变桨距角相加作为独立桨距角的设定值。并借助Fast软件平台以2MW变速变桨风力发电机组为例,仿真比较了独立变桨距控制策略与统一变桨距控制策略。结果表明,独立变桨距控制策略能有效保证在额定转速下机组输出功率稳定,且能有效降低风力发电机组各零部件的疲劳载荷。

径向软化成层土中单桩风机水平振动特性研究

基于多圈层平面应变土体水平振动模型,得到桩周土体径向软化水平动刚度的解析解。在此基础上,建立径向非均质成层土中桩基水平振动模型,利用传递矩阵法得到桩顶动刚度阵,采用等效固定梁模型将桩土系统耦合到风机仿真软件FAST 8中,对桩周土径向软化对风、波浪荷载作用下单桩风机水平动力响应的影响进行研究。结果表明:桩周土软化对桩顶动刚度影响显著,当土体模量衰减系数为0.25时,与均质土相比桩顶水平刚度降低28.66%;随桩周土模量衰减系数的减小,与均质土相比风机系统的1阶和2阶自振频率分别降低13.08%和16.67%;风机塔顶位移、转角的时程和谱响应表明桩周土土体模量衰减系数为0.25时,塔顶位移和转角的方差与均质土分别相差2.68%和1.37%,位移和转角响应谱峰值约为均质土的2.77倍和2.69倍。

大型风电机组的模糊增益调度PI控制器设计

当风速超出额定风速时,大型风电机组通常采用变桨距的控制方式,通过调整叶片桨距角,改变气流对叶片的攻角,从而改变风电机组获得的空气动力转矩,实现对额定功率的稳定追踪。结合模糊控制与PI(比例-积分)控制,分别设计了模糊PI与模糊增益调度PI2种变桨距控制器,并在Simulink软件环境下,利用Fast软件提供的5 MW陆基风力发电机模型进行仿真实验。仿真表明,新的控制器能有效缩短调节时间,减小系统超调量,具有较好的控制效果。

风力发电机的恒功率控制

针对大型风力发电机组因反馈信号滞后引起的输出功率波动进行研究。在研究了传统转速反馈PI控制和基于测量风速前馈控制的基础上,提出了基于有效风速估计的前馈与功率反馈PI结合的变桨控制策略,通过牛顿-拉夫逊算法进行有效风速估计,根据有效风速估计值给出合适的前馈桨距角,实现动态前馈补偿。基于Fast软件平台开发的外部控制器,对恒功率控制提出的控制策略与传统的控制策略进行仿真比较。仿真结果表明:相对传统的控制策略,提出的前馈控制使风力发电机组能够保持稳定的电功率输出。

基于神经元PID的风力发电机组独立变桨控制

依据风力机空气动力学原理,设计了神经元PID控制器,实现了风力发电机组3个桨叶的独立变桨控制。通过神经元PID控制,计算出桨距角,并与Park变换得到的附加桨距角相加,作为独立桨距角的设定值。基于Fast软件平台,以2 MW变速变桨风力发电机组为验证对象,对提出的控制策略与传统的统一变桨距控制策略进行仿真比较。结果表明,相对于统一变桨距控制,所提出的方法能有效确保在额定转速下机组输出功率稳定,同时也能有效降低风力发电机组各零部件的疲劳载荷。