海上风电风机基础初步设计及数值分析

以某300 MW风电场项目为研究背景,利用ANSYS通用有限元分析软件,实现了高桩承台和导管架2种风机基础结构的数值模拟。针对桩土相互作用采用p-y曲线法,对高桩承台和导管架基础进行数值分析,给出相应的计算过程和结论。结合实际工程算例,针对2种风机基础进行计算,为海上风电高桩承台基础和导管架基础设计、施工提供了理论依据和参考资料。     

海上风机基础环锚固性能有限元分析

目前福建海域海上风电机组嵌岩机位的基础常采用大直径单桩和高桩承台两种形式,由于大直径单桩基础嵌岩施工设备国内较少,因此有较多海上施工经验和施工船舶设备的高桩承台基础成为具有较高施工可靠性的基础型式。文中海上风机通过预埋在混凝土承台中的基础环将上部风机荷载传递给整个高桩承台基础,基础环是保证结构安全性的重要节点结构。一些陆上风电场中同样采用预埋基础环的风机基础,出现了因基础环晃动导致风机停运的事故,需要后期采用加固措施。海上风电机组的运行和维护条件比陆上更恶劣,一旦出现基础环锚固失效问题造成的经济损失更大,后期采用加固措施将更加麻烦且难以保证质量。因此,研究基础环结构在海上高桩承台基础中锚固机理,对于上部风机荷载有效地传递给风机基础,保证风电机组运行的安全性和可靠性具有重要意义。     

新型海上风电风机基础经济可行性评估

随着“碳达峰、碳中和”目标的提出，清洁可再生的海上风能开发利用受到国家和行业的高度关注。当前，海上风电行业面临以技术创新驱动降本增效的发展态势，海上风电风机基础型式创新是重要手段之一。为评估将新型风机基础应用于海上风电工程的经济可行性，本研究构建了海上风电场工程全生命周期经济评估模型。以新型单桩-摩擦环复合式基础为例，考虑将其应用于总装机量为300 MW海上风电场情景，计算海上风电场在建设期内的成本和运营期内的主要经济指标。将单桩-摩擦环基础与传统单桩基础、导管架基础和高桩承台基础等进行对比，并对建设投资、上网产量和平价政策等影响海上风电场项目经济效益的主要因素进行敏感性分析。结果表明单桩-摩擦环新型基础相比于传统已有基础具有显著的经济优势，具有更优的抗风险能力。     

空冷风机桥谐响应动力分析与设计

风机桥的设计必须考虑风机振动的影响。首先分析了某工程风机桥的动力特性,得到了风机桥的自振频率,其自振频率都属于高频,而风机的振动频率属于低频,不会引起共振。然后采用振型分解法,计算了风机桥在简谐振动荷载作用下的动力响应,验证了风机桥不会引起共振,并且得出了动力放大系数,将动力荷载转化成静力荷载,对风机桥进行了规范验算,符合规范要求。     

开展SF6气体净化回收和再利用工作

据《新民晚报》2009年9月8日报道：东海大桥海上风电场首批3台风机于9月4日21时15分正式并网发电。东海大桥100MW海上风电示范项目正是国家发改委在2008年5月核准的我国第一个大型海上风电项目。东海大桥海上风电场由34台单机容量为3MW的风电机组组成,设计年发电利用小时数2642h,年上网电量2．67亿kW·h。东海大桥海上风电场工程技术人员克服了重重难关,实现了两个“首创”：一是采用了世界首创的风机高桩承台基础设计。     

海上风电大型单桩基础波浪疲劳分析

随着陆上规模化风电日趋饱和,海上风电开发已成鼎沸之势.波浪荷载作为海上风电基础设计的主要荷载,其波浪疲劳分析也成为了海上风电基础设计的技术难题.本文基于随机波浪理论,采用非线性有限元随机分析方法(PSD),研究开发了单桩基础波浪谱疲劳分析计算程序;并基于谱疲劳分析及Miner线性累积损伤理论,编制了单桩基础波浪疲劳的疲劳损伤度及疲劳寿命计算程序,为工程技术人员提供参考.     

海上风电机组抗台风技术研究

台风严重制约着海上风电发展。通过台风影响风机的空气动力学分析,计算作用于叶片、塔筒及风电机组整体风荷载,剖析其强度承载能力。结合IEC 61400和GB/T 31519-2015、GB/T 18451.1-2012等设计标准要求,对风机制造各主要部件成本及现有抗台风手段进行分析,提出调整风机叶片材料强度、增加伸缩式叶片定位机械臂来固定风机叶片、将风机塔筒中部固定螺栓连接改为上部塔筒可下沉式折叠结构以及调整海上风机抗台风控制策略等多项措施增强海上风电机组抗台风能力,以期实现海上风电机组成本低、工程实用性强、抗台风效果显著。     

冰区海上风电场工程抗冰结构设计与分析

冰区海上风电场抗冰结构的设计与分析是海上风电产业发展亟待解决的关键问题。依托渤海冰区某拟建海上风电场,根据工程海域冰情条件设计了适用于该场区海上风机超大直径单桩基础的抗冰结构,并采用三维有限元法从静冰力角度计算分析了不同水位、有无加装抗冰结构工况下风机基础的应力变形规律。结果表明,海上风机抗冰单桩基础的最大等效应力和极值静位移较普通单桩基础均大幅降低,说明抗冰风机基础平台的设计是合理有效的,证明了三维有限元法在冰区海上风电工程应用中的可行性。计算成果可为同类海上风电场的设计提供参考。     

筒型基础风机结构振动特性及减振研究北大核心CSCD

筒型基础在我国海上风电工程中已推广应用,探究其在实际工程中的表现,是保证风机安全的关键。本文针对筒型基础风机结构的振动位移进行原型监测,并以单桩基础风机作为对照。首先基于风机实测自振频率,采用遗传算法拟合基础刚度,然后统计并对比两种基础风机的振动水平。结果表明:两种基础的水平刚度相差7%,筒型基础的旋转刚度是单桩的10倍;风速小于6 m/s时,筒型基础风机位移大,大于6 m/s时,单桩基础位移大;3P共振导致小风速下筒型基础位移较大,通过优化运行策略,减小振动位移最大达54.4%。筒型基础在抗倾稳定性和振动响应控制方面具有优势。     

基于MMC-HVDC的海上风电柔直系统频率波动抑制技术

海上风电柔直系统发生故障等暂态过程时,系统频率波动会影响健全风电场的正常运行,严重时将引起大规模风机脱网。为此,分析了海上风电系统交流电压频率动态与电压d轴、q轴分量的关系,进而提出一种频率波动抑制方案,在换流站控制器中引入频率环对系统母线电压的频率波动进行控制。考虑到风电系统不同位置频率动态的差异性,提出一种海上风电系统频率协同优化控制方案,利用风电机组的无功输出能力对风机汇集点处的频率波动问题进行进一步优化控制。最后,在MATLAB/Simulink中搭建基于模块化多电平换流器高压直流输电(modular multilevel converter based high voltage direct current transmission, MMC-HVDC)送出的海上风力发电系统仿真模型。研究结果表明:在系统故障与运行工况突变的情况下,频率协同优化控制方案可将风电系统母线电压与风机汇集点处电压的频率波动抑制到无控制时的30%以下。所提方案有效地实现了对风电柔直系统暂态情况下的频率波动抑制。     

海上风电项目钢管桩防腐蚀设计研究

海上风机基础结构的合理设计是海上风电机组的安全运行的基础.在腐蚀环境极其恶劣的海洋环境中,防腐设计成为基础设计中重要环节.海上风电工程所用的钢管桩基础,钢结构防腐的重要方式包括防腐涂层和牺牲阳极保护等,有效可靠的防腐涂层配套体系以及合理的布置牺牲阳极保护将是保证基础有效寿命的重要措施.结合大练岛海上风电项目,提出相应的防腐涂层配套体系,详尽地分析研究牺牲阳极的布置方案和设计计算.     

基于五桩导管架基础的海上风机支撑结构自振特性分析

借助ANSYS软件采用非线性弹簧单元对五桩导管架基础与海床之间的桩土作用进行数值模拟,并对整个海上风电机组支撑结构进行模态分析及共振复核,结果表明,所选择的海上风电机组支撑结构各阶固有频率均可以避开叶轮扫掠频率及波浪等海洋环境的主频率,因而不会引起共振。     

联轴部分对转轮自振频率计算结果的影响分析

本文以一个电厂结构为分析基础,选取了一个完整的转轮和不同轴身长度作为计算模型,计算出了转轮不同节径的自振频率。对计算结果和不同振型进行了分析,对转轮自振频率与激振频率的关系进行了分析,给出了设计时对转轮自振频率计算模型的选取及对计算结果的影响和取值方面的指导性意见,对结构优化调整转轮自振频率具有一定的指导意义。     

东海大桥海上风电场风机地基基础特性及设计

东海大桥海上风电场是亚洲第一座大型海上风电场,其风机基础同时具有海洋结构工程、高耸结构基础、动力设备基础和复杂软土地基基础四种显著工程特性,地基基础设计成为该工程的关键技术难题之一。介绍了该工程风机地基基础设计内容,重点分析了海上风机地基基础特点及海上风机基础与地基非线性动力相互作用、风机—塔架—地基—基础系统动力模拟分析、基础结构疲劳分析等设计技术关键。     

输电线路浅海地区基础选型研究

以海阳核电500 kV线路工程为例,介绍了3种基础设计方案,通过计算分析并结合施工自然条件和经济性进行综合比较,确定了海阳核电500 kV线路工程基础型式为群桩式高桩承台基础,可为类似自然条件的海上工程提供参考。     

海上浮式风机基础设计综述

文章介绍近年来我国海上风电相关政策,调研、总结全球浮式风机项目的现状和浮式风机基础结构的相关参数,对比海上浮式风机不同基础型式的性能,并分析海上浮式风机基础的研发方向。     

大规模海上风电接入对电网频率跌落影响研究

为研究大规模海上风电接入对某沿海地区电网频率跌落的影响,基于PSD-BPA对该电网几种场景下的频率受扰特性进行仿真,分析调频风机对电网频率的影响。结果表明：将火电机组替换为风机后将削弱全系统频率稳定性,随着调频风机增多,对电网调频能力的改善效果逐渐展现;相同容量调频风机在不同区域发挥作用时全系统频率波动情况存在差异;故障发生在风机接入点附近时,风机调频作用更为明显。因此合理配置接入电网的可调频风机,将显著改善频率稳定性。     

大规模风电参与系统调频研究综述

目前在发电系统中风电比例越来越高,系统频率受此影响波动变大,如何利用风电调节系统频率成为亟待解决的问题。综述了各类调频控制策略与未来研究的发展方向。从影响来看,分析了风电比例与风机类型对系统频率的影响。从策略来看,总结了协调控制、桨距角控制、转子转速控制、模拟惯量控制、下垂控制等调频方法,分析比较各方法的适用范围、优缺点,着重阐述了各类协调控制策略,包括风电机组之间、风机与其他类型机组、风机与电力电子器件的协调控制,同时研究了各类储能参与风电调频的效果、成本与容量。从未来研究方向来看,分析了风电调频中的成本控制与智能算法在调频中的应用,并评估了风电在实际运行过程中的调频能力。     

海上风力发电机组载荷控制方法研究

根据海上风力发电机组的运行特点,分析了海上风电机组的载荷来源及其特殊性,通过仿真探讨了空气动力载荷、海波载荷等对海上风电机组的影响,随机的非线性风载荷和波浪载荷等都将给海上风机安全控制提出较大挑战,本文针对性地提出了主动空转控制、塔架加阻控制、抗台风控制等降低海上风电机组运行载荷的控制方法,仿真结果表明上述载荷控制策略有效的降低了海上风力发电机组的载荷。     

大规模风电并网条件下考虑动态频率约束的机组组合EI北大核心CSCD

为提高大规模风电渗透的电力系统频率稳定,将风电接入后系统的动态频率响应纳入安全约束机组组合(security-constraint unit commitment,SCUC)框架内,提出考虑动态频率约束的SCUC优化模型。结合风机动态响应,以同步机频率响应模型为基础量化描述风电并网系统动态频率特征。在此基础上,以扰动后的最低点频率为约束量,构建考虑动态频率约束的SCUC优化模型,并引入分段线性化技术改善由动态频率约束引起的非线性特征。基于Benders分解将所提模型分解为传统安全约束下的机组组合主问题和频率越限检测子问题以降低优化计算复杂度。最后,对含风电并网的10机电力系统进行计算分析以验证所提模型的有效性。与传统机组组合结果的对比表明,所提模型能够改善大规模风电并网电力系统频率稳定性。