【摘 要】
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海上风能资源具有风速稳定、距负载中心近、环境影响小,粉尘零排放等诸多优点,已成为当今世界关注重点。海上风力发电机系统是开发利用海上风能资源的关键装备。固定式海上风力发电机系统因建造成本制约,无法适用于水深超过50m的深海风电场。因此,风电行业领先国家将适用于水深超过50m的海上漂浮式风力发电机系统作为研究重点。本文建立海上漂浮式风力发电机系统动力学模型,分析海上漂浮式风力发电机系统的固有特性,计算
【基金项目】
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重庆市技术创新与应用发展专项重点项目“海上浮式风电装备研制及应用（cstc2019jscx-mbdx0047）”；
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海上风能资源具有风速稳定、距负载中心近、环境影响小,粉尘零排放等诸多优点,已成为当今世界关注重点。海上风力发电机系统是开发利用海上风能资源的关键装备。固定式海上风力发电机系统因建造成本制约,无法适用于水深超过50m的深海风电场。因此,风电行业领先国家将适用于水深超过50m的海上漂浮式风力发电机系统作为研究重点。本文建立海上漂浮式风力发电机系统动力学模型,分析海上漂浮式风力发电机系统的固有特性,计算其在额定运行工况和风浪不共线工况下的动力响应,研究控制策略对海上漂浮式风力发电机系统动态特性影响。论文主要内容如下:（1）介绍海上漂浮式风力发电机系统的基本构成,定义海上漂浮式风力发电机系统的坐标系,利用FAST/Simulink联合仿真软件,建立海上漂浮式风力发电机系统动力学模型。（2）计算海上漂浮式风力发电机系统前16阶模态固有频率和固有振型,根据海上漂浮式风力发电机系统Campbell图对潜在共振点进行分析。结果表明:海上漂浮式风力发电机系统动力学模型存在2个潜在共振点,设计时应避免风轮转速倍频与系统的第9阶固有频率（0.6Hz）和第11阶固有频率（1.62Hz）重合。（3）研究海上漂浮式风力发电机系统在额定运行工况和风浪不共线工况下的动态特性。结果表明:在额定运行工况下,叶根挥舞弯矩和塔基弯矩明显增大;浮式平台纵荡和纵摇运动变化明显;锚链#1张力有所增大,锚链#2和#3张力明显降低。在风浪不共线工况下,机舱横向振动和塔基横向弯矩因侧向风载荷作用而增大;浮式平台横向摇荡运动受风向变化影响明显。（4）研究控制策略对海上漂浮式风力发电机系统动态特性影响。结果表明:传统的控制策略导致叶根弯矩、偏航轴承扭转力矩和塔基横向弯矩急剧增加。提出了风轮控制采用“风轮自转”,偏航控制采用“被动偏航”的改进方式,载荷响应大幅降低,改进效果明显。
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