漂浮式風力機系泊參數(shù)分析及穩(wěn)定性控制.pdf

1、漂浮式風力機需要依靠其自身結(jié)構(gòu)和系泊系統(tǒng)實現(xiàn)其在深海海域穩(wěn)定運行，因此，對漂浮式風力機進行系泊系統(tǒng)分析和穩(wěn)定性研究具有重要的意義。本文以Hywind漂浮風力機模型為研究對象，建立了漂浮式風力機動力學模型，通過對系泊系統(tǒng)纜繩的參數(shù)分析得到了纜繩參數(shù)對漂浮式風力機穩(wěn)定性的影響規(guī)律，并利用主動結(jié)構(gòu)控制設計了能夠?qū)ζ∈斤L力機縱蕩和縱搖控制的主動質(zhì)量阻尼器(Active Mass Damper，AMD)，具體內(nèi)容包括：
　　首先，對漂浮式

2、風力機受到的氣動載荷、波浪載荷分別進行了求解。氣動載荷主要研究了風輪所受的氣動推力及塔架所受的載荷；波浪載荷計算時選用小振幅波理論，利用線性波疊加法模擬隨機波浪，通過Morison方程計算了漂浮平臺所受的波浪載荷。
　　其次．針對漂浮式風力機系泊系統(tǒng)的非線性，建立了系泊纜繩的計算模型，對懸鏈線方程進行了推導，得到了纜繩在與海底接觸時和被完全抬起時兩種不同情況下的懸鏈線方程，通過改變導纜孔的位置坐杯，得到纜繩恢復力與導纜孔位移的非線

3、性關(guān)系。
　　再次，建立了漂浮式風力機的動力學模型，利用Matlab/Simulink模塊得到了漂浮式風力機自由振動響應和在隨機風、隨機波浪聯(lián)合作用下的動力學響應，通過快速博里葉變換(Fasl Fourier Transform，F(xiàn)FT)得到了漂浮式風力機縱蕩和縱搖的固有頻率。基于此模型，對系泊參數(shù)對漂浮式風力機穩(wěn)定性的影響進行了研究。通過改變系泊系統(tǒng)的三個參數(shù)(系泊半徑、導纜孔位置、纜繩長度)，得到了漂浮式風力機縱蕩最大值、縱搖

4、最大值和纜繩張力最大值隨三個參數(shù)的變化規(guī)律。
　　最后，利用主動結(jié)構(gòu)控制塒漂浮式風力機穩(wěn)定性控制進行了研究，提出了一種雙AMD的結(jié)構(gòu)：將兩個AMD分別置于風力機機艙內(nèi)部和漂浮平臺內(nèi)部．并在雙AMD系統(tǒng)內(nèi)部加裝限位塊以防止其與漂浮式風力機發(fā)生碰撞，利用該模型，建立了含雙AMD系統(tǒng)的漂浮式風力機動力學模型，設計了線性二次型調(diào)節(jié)器(Linear Quadratic Regulator，LQR)，得到了漂浮式風力機茌隨機風和隨機波浪聯(lián)合作