《海洋风力涡轮机在空气-水动力载荷作用下的脆弱性估计的统计模型》

  • 来源专题:可再生能源
  • 编译者: pengh
  • 发布时间:2020-10-20
  • 本文旨在开发基于统计回归的模型,以估计单帆基础5mw海上风力涡轮机(OWTs)在多风波荷载作用下的响应,并评估其脆弱性。建立回归模型首先使用拉丁超立方体采样(LHS)方法,该方法包含与结构、加载条件以及材料特性相关的5mw OWT输入参数。使用基于lhc的输入参数,通过国家可再生能源实验室(NREL)开发的疲劳、空气动力学、结构和湍流(FAST)工具创建了120个OWT计算模型。通过快速航空水动力学模拟,确定了每个模型对应的临界响应,如塔顶挠度。回归模型包括一系列已开发的解释性函数,这些解释性函数基于逐步多元线性回归方法下的快速响应矩阵和LHS参数。对120个OWT模型中每一个关键响应的多风波脆弱性进行了估计。关键研究结果表明,在临界风速75 m/s、波高为20m的情况下,风敏叶尖偏转导致脆弱度达到99%,而相同风速、相同波高产生的泥线弯曲力矩导致脆弱度高达98%。

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    • 为了更有效地提取海洋地区的大量风能,离岸风力涡轮机已经被建造有细长塔和大转子。空气动力、海浪和地震荷载等外部振动源会对这些能源基础设施的安全构成威胁。摘要外振源作用下的海上风力发电机组的可靠性评估具有重要意义。以往关于风力机易损性分析的研究仅考虑了风力机的易损性,假设风力机处于停放状态,叶片质量集中在塔顶。作为风力机最重要部件之一的叶片易损性的研究尚未见报道。在目前的研究中,NREL 5mw风力涡轮机的一个详细的三维(3D)有限元(FE)模型在ABAQUS中被开发,塔和叶片被明确建模以真实地估计空气动力载荷和风力涡轮机的结构行为。考虑了结构质量、刚度和阻尼的不确定性,建立了塔和叶片的概率风致需求模型。在概率框架中研究了风力机在空气动力和海浪双重载荷作用下的动力行为,推导并讨论了在停靠和运行条件下塔和叶片的脆性曲线。
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    • 在非线性不是很强的情况下,线性频域方法可以提供快速的计算,这对于风力涡轮机叶片、基础和浮动平台的初步设计是有价值的。但风力涡轮机的气动和控制系统行为明显是非线性的。在此,我们首次证明谐波线性化技术可以减少气动和控制系统非线性近似的误差,相比于更常见的切线线性化。使直线化模型推导后,使直线化的非线性模拟结果比较NREL 5?MW汽轮机表明:(1)谐波线性化捕捉aero-elastic效果和空气动力学的非线性,给2 -减少错误而切线性化;(2)谐波线性化可以捕捉非线性尾流动力学;(3)转矩和俯仰控制器的性能可以在远离额定风速的情况下近似得到较好的结果,但在两个控制器相互作用时存在一些问题。对线性化的控制系统模型进行了进一步的改进。通过提高线性化模型的精度,谐波线性化是扩展频域方法在风力发电机初始设计和优化中的适用性的一种有前途的方法。 ——文章发布于2019年5月