海上风电场自适应多目标无功优化控制策略

针对传统固定权重多目标无功优化在应对新型电力系统复杂多变的工况时无法针对实时工况做出最合适的控制决策的问题,提出一种自适应多目标无功优化控制策略。该策略以系统有功网损和并网点电压偏离量的加权最小作为目标函数,目标函数的权重系数根据并网点电压的偏离情况自适应调节。首先,分析海上风电场并网点电压波动与有功、无功输出的关系,建立相应的无功分配模型,并针对风电机组及静止无功发生器(static var ge nerator,SVG)的输入输出特性,建立相应的无功控制模型。此外,考虑海上运行的功率约束、安全运行约束等,采用变惯性权重粒子群优化算法对无功控制策略进行求解。最后,在MATLAB中搭建海上风电场模型进行仿真验证,仿真算例表明:相较于传统固定权重多目标无功优化,自适应多目标无功优化控制策略可以根据电网实时工况,迅速调整各优化目标的优先级,较好地实现有功网损和并网点电压的协调优化。

海上风电基础仿生草防冲刷试验

针对仿生草防冲刷方案开展物理模型试验,探讨仿生草尺寸和布置方案对海上风电单桩基础防冲刷效果的影响。结果表明,在综合考虑防冲刷效果及成本的情况下,仿生草高度和布置半径存在最优值。当仿生草高度为1.5 m、仿生草布置半径为1.7倍桩径时,仿生草防冲刷效果较好,且较为经济。

海上风电超低水胶比水泥基灌浆料的水化过程研究

基于水泥-硅灰-矿粉三元胶凝体系,制备了海上风电超低水胶比水泥基灌浆料,通过XRD和SEM分析了灌浆料不同龄期的水化产物与微观结构,并研究了其水化过程。结果表明:硅灰和矿粉共同促进了水泥的水化反应,且随着龄期的增加,促进作用增强;90 d时,在硅灰和矿粉的协同效应下,Ca(OH)_(2)晶体大幅度减少,从而减少了Ca(OH)_(2)自身晶体取向性对灌浆料造成的缺陷;水化反应生成大量低钙型C-S-H凝胶,形成排列紧密的层状构造,灌浆料内部结构致密,使其具有较高的抗压强度和耐久性能。

深水海上风机吸力桶导管架基础承载特性

针对海洋深水环境,设计适应70 m水深的四桶导管架结构形式,并在此基础上设计相同高度和主腿斜度的三桶导管架基础。采用Abaqus有限元软件建立导管架结构-吸力桶-土体整体有限元模型,通过对比分析探究海上风电深水吸力桶导管架基础的承载力特性。研究发现:吸力桶与土体的位移一致性程度可反映基础水平极限承载力大小,四桶导管架基础的综合承载特性优于三桶导管架基础;加载高度对四桶导管架基础的水平承载特性有重要影响,基础水平承载力随着加载高度增加逐渐减小;加载方向对四桶导管架基础水平承载力影响较小。

海上风电导管架结构受损评估与分析

以我国南海海域某施工船舶与海上风电导管架基础发生碰撞的事故为背景,结合当前海上风电导管架结构受损评估分析方法,采用有限元模拟的方式对受损导管架开展剩余强度分析、疲劳分析等研究,计算得到导管架结构受损前后各杆件、节点的应力情况,以及受损构件在疲劳载荷作用下受压、受拉工况的损伤值。结合相关行业规范,对计算结果进行讨论分析,综合评估导管架的受损情况,为下一步修复方案的制定提供依据。分析结果可为后续研究及实际工程提供参考。

某海上风电场基础结构防冲刷物理模型试验

采用2种防冲刷方法对单桩基础进行防护物理模型试验,研究不同防冲刷方法在某海上风电场海况下的防冲刷效果,并进行不同防冲刷方法的成本分析。结果表明,混凝土联锁排防护比抛石防护具有更佳的防护效果。混凝土联锁排防护可通过柔性变形适应土体变形,达到有效防止沙土流失的效果。经综合考虑,抛石防护搭配混凝土联锁排防护为最适合该风电场水文环境的防护方法。

海上风电基础海底电缆动态特性分析

基于中国南海实际的海洋环境条件,对冲刷情况下无海缆保护装置及有海缆保护装置的海底电缆分别进行动态特性分析研究,结果表明:在桩周冲刷导致海缆悬空情况下,无海缆保护装置的海缆最小弯曲半径超过允许值,存在失效风险;有海缆保护装置的海缆,海缆保护装置能够有效地限制海缆的过渡弯曲,使海缆的最小弯曲半径控制在允许的范围内,有效降低海缆失效概率。

海上风电单桩基础服役状态现场监测

为了解风电结构在复杂环境中的真实服役状态,对2个风电单桩基础机位先后开展结构振动监测和水下地形扫测,通过分析现场实测数据,分析包含振动特性和冲刷情况在内的风机支撑结构服役状态,并结合设计数据对实测结果进行讨论。现场测试分析结果可为海上风电结构的服役状态监测和设计优化研究提供参考。

海上风场短时风速混合威布尔逼近方法

海上风场风速分布特性是评估海上风场发电能力的重要因素,海上风场短时风速常呈现多峰特性,需采用混合威布尔分布。针对混合威布尔分布参数多、逼近难度大的问题,提出一种海上风场短时风速混合威布尔逼近方法,该方法以方差最小为优化目标,以矩估计值为参数初始值,以各参数取值范围为约束条件,利用改进后的粒子群算法DAIW-tanh优化参数,提高多峰型风速分布的逼近精度。算例表明:使用该方法对海上风场短时风速分布进行参数逼近,模型简单,计算速度快,不易陷入局部最优,能达到较好的逼近效果。

灌浆料对海上风电大直径Ⅲ型嵌岩单桩承载性能的影响

基于福建南日岛海上风电工程项目设计资料,采用ABAQUS软件建立海上风电大直径Ⅲ型嵌岩单桩基础“桩-灌浆层-基岩”有限元模型,对灌浆料性能参数展开参数敏感性分析,研究其不同取值对嵌岩单桩水平承载性能以及桩土相互作用机理的影响程度。计算结果表明,增大灌浆层厚度有利于改善桩基入土段的应力情况并显著提升其水平承载性能;灌浆层厚度的增大能够避免灌浆层开裂以及岩土层的破坏;相比于改变灌浆料厚度,增大灌浆料的材料强度并未对嵌岩单桩的水平承载性能产生较大影响。该结果可以指导嵌岩单桩设计,以探究合适的钻孔及灌浆方法,为工程实际施工提供参考。

海上风电大直径植入型嵌岩单桩关键技术

针对软土覆盖层浅、基岩强度大的海上风电大直径植入型单桩基础嵌岩方案,建立桩-基岩-灌浆料模型,对植入型嵌岩单桩基础进行受力分析,分析结果表明单桩最大应力和灌浆料最大应力均满足极端情况下的风电基础设计要求。介绍钢管桩与岩孔间填充材料的选择、灌浆施工工艺,以及海上风电大直径嵌岩单桩风险点和解决措施。该技术对海上风电大直径嵌岩单桩的设计开发具有一定的启发作用。

海上风电植入型嵌岩单桩施工关键技术

单桩基础是我国海上风电基础最为广泛应用的基础型式,大直径嵌岩单桩开发和应用进一步拓宽了单桩基础的应用场景。保证海上风电大直径嵌岩单桩可靠性的关键是竖向岩层成孔和灌浆施工。钻孔和灌浆施工工艺不仅直接影响海上施工效率,而且直接决定了嵌岩单桩结构整体的服役表现。系统地概述了3种海上风电嵌岩单桩的施工工艺,对比分析了3种嵌岩的施工差异,分析了各自的优点和不足。针对海上风电Ⅲ型嵌岩单桩施工工艺,着重研究了其灌浆施工工艺。最后,结合实际工程案例,归纳了当前Ⅲ型嵌岩单桩面临的工程问题,介绍了Ⅲ型嵌岩单桩施工作业流程及潜在风险的防控措施。总结了当前海上风电大直径嵌岩单桩的发展现状,分析研究了目前海上风电嵌岩单桩的关键施工工艺,对推广我国大直径单桩基础的工程应用和提升Ⅲ型嵌岩单桩的施工工艺具有重要意义。

海上水泥基灌浆料抗海水侵蚀性能研究

基于水泥-硅灰-矿粉三元胶凝体系,在超低水胶比条件下制备超高性能水泥基灌浆料(UHPCG),并采用长期浸泡法,分析其抗折强度和抗压强度的经时变化,分析其腐蚀系数F1和腐蚀系数F2的经时变化,研究其抗海水侵蚀性能。结果表明,在天然海水中浸泡至180d,UHPCG外观完好无损,其抗折强度和抗压强度仍有一定程度的提高,其腐蚀系数F1和腐蚀系数F2仍保持在1以上,远高于未发生侵蚀破坏的规定限值,表现出很强的抗海水侵蚀能力,可用于海上工程。超低水胶比、整体颗粒细化和火山灰效应的协同作用使UHPCG具有优异的抗海水侵蚀性能。

系泊长度及配重对浮式风机平台运动响应的影响研究

本文基于某漂浮式缩尺样机实际工程项目,采用时域分析方法对该半潜式浮式风机平台瞬态响应进行数值仿真计算,深入研究了系泊长度以及配重块重量对锚泊系统导缆孔预张力和浮式平台运动响应的影响规律。结果表明,浮式平台的纵摇、纵荡和垂荡的响应幅值随着系泊长度的增大先增大后减小;增加配重块的重量,会导致平台的纵荡和垂荡先增大后减小,纵摇先减小后增大;当同时改变系泊长度和系泊配重块重量时,配重块重量不影响系泊长度对浮式平台运动响应的变化规律的影响。

海上吸力筒导管架基础沉贯吸力计算分析

吸力筒基础作为一种高效、经济、环境友好的基础形式,在海洋工程特别是海上风电领域得到了广泛的应用,多以吸力筒导管架形式出现。如何实现吸力筒安全、高效沉贯,并满足吸力筒导管架安装技术指标是施工设计的关键。本文系统总结了吸力筒基础在粘土和砂土地层中沉贯阻力、需求吸力和容许吸力计算方法。结合具体施工案例开展沉贯分析,预测了吸力筒的自重贯入深度,掌握了合理的吸力设置方法及容许吸力主要限制因素,为海上吸力筒导管架基础施工提供技术参考。

径向柱塞式液压马达故障实验及其智能诊断方法

针对径向柱塞式液压马达故障数据源较少、故障特征与振动信号之间对应关系不明等问题,运用某企业柱塞式液压马达扭矩测试平台收集其故障振动信号,对比径向柱塞式液压马达不同故障类型之间的振动数据特点,分析故障特征与振动信号之间的对应关系,丰富径向柱塞式液压马达故障诊断数据集,并提出基于深度卷积神经网络的径向柱塞式液压马达智能故障诊断方法。径向柱塞式液压马达故障实验结果表明:相比于正常振动信号而言,滚子和定子裂纹及磨损故障振动信号烈度较大,时域统计指标变化较明显,且频谱中有清晰的故障特征及其倍频成分;提出的智能故障诊断方法可以高效识别径向柱塞式液压马达9种健康状态,诊断精度高达99.85%,为径向柱塞式液压马达出厂前测试的智能诊断奠定了数据和理论基础。

偏心型半潜风机水动力特性

针对南海海域的海况条件,提出一种偏心型半潜式风机平台,利用中柱的偏移抵消风倾力矩的影响,从而获得更大的捕风面积。在概念设计、稳性分析和系泊系统设计完善的基础上,利用AQWA软件对平台进行频域分析,利用风机全耦合软件FAST对偏心式风机进行时域水动力分析。根据国际电工委员会(IEC)规范要求,设计3种正常工况和1种极端工况,对风机在正常工况下的工作状况进行分析,并对其在极端工况下的运动响应和系泊张力进行校核,结果表明半潜式风机满足各项规范设计的要求。将计算结果与OC4-DeepCwind模型结果相对比,比较2种风机在正常工况下的运动响应和发电效率,结果表明偏心式风机在正常运行工况下具有更好的发电效率。

浮式风机的全寿命周期工程经济性分析

随着海上风电产业向深远海逐步发展,漂浮式海上风电将作为未来深远海风资源开发的重要方式之一。由于漂浮式风电面临着水深过大、环境载荷复杂等问题,其整体构造、施工过程、运输等均与固定式海上风电不同。因此,建立浮式风机包括设计、建造、施工、运维、拆除的全寿命周期工程经济性评估模型,将对指导漂浮式海上风电开发具有重要意义。首先,参考国内外工程样机的开发经验,调研了国内浮式风机基础相关的机组、部件、塔架、浮式平台、锚泊系统的供应产业链情况。其次,结合虚拟机位结构的概念设计成果和现场施工方法,建立全寿命周期经济性分析模型,为浮式风机经济性分析提供理论基础。最后,计算评估了浮式虚拟样机的设计、建造、施工、运营全寿命周期工程经济性。

高速风电运维船的经济性分析

随着海上风力发电站的扩大,风力发电机的维护负荷不断增加。运维船是海上风力发电站维修中最重要的运维手段,船型的选择将直接影响海上维修人员的安全和出入便利。一般来说,单体船的内宽不好,复杂海域容易晕船,航行不好,出航率低。传统运维船的内宽在单体船的基础上略有改善,这个问题尚未完全解决。为此,虽然有设计小型船体的双体船,但建造费用比普通运维线贵得多。

考虑局部冲刷的海上风电单桩基础侧向承载特性

在当前海上风电单桩基础设计中,通常会忽略局部冲刷坑形态并直接简化为整体冲刷,造成桩基设计偏于保守。针对这一问题,文章采用适用于大直径单桩的双曲线型p-y曲线构建桩-土相互作用模型,引入等效深度的概念,并基于土工离心机试验数据对其进行修正,建立了考虑冲刷坑形态的单桩基础一维简化分析模型。通过与试验结果的对比,验证了模型的合理性。进一步对比分析其它修正模型,探讨了各模型对冲刷条件下单桩基础侧向响应的预测效果,结果表明:局部冲刷主要导致浅层海床的桩侧土反力减小,故合理修正浅层土的p-y曲线是分析受冲刷单桩侧向响应的关键。现有模型由于低估了局部冲刷后浅层海床土的竖向有效应力,导致桩基侧向响应预测结果更接近于整体冲刷模型。