基于AR法的输电塔线体系风速时程模拟

基于脉动风的基本性质、Kaimal风速谱及线性自回归滤波器法(AR)模拟脉动风速时程的原理,利用Matlab编制了相关脉动风速时程模拟程序,并以500 kV栖霞-文登(昆脊)送电工程为例,模拟了输电塔线体系的风速时程,分析了脉动风在时间和空间上的相关性.实例结果表明,该方法具有精确性和有效性.     

输电塔抗风动力可靠性分析

在ANSYS中建立了输电塔线体系的有限元模型,利用Kaimal谱,基于AR法模拟了输电塔线体系各点的风速时程,分析了输电塔体系的风致动力响应,根据首次超越破坏机制,以输电塔顶点位移作为控制变量,采用Poisson过程法与Vanmercke法对比分析了风速重现期为50、100 a时不同安全限值的输电塔动力可靠性.结果表明,两种方法计算结果基本一致,而Poisson法计算更简单.     

山区长短腿输电塔的动力失稳分析

针对山区长短腿输电塔在静风和脉动风作用下动力失稳问题,为寻求输电塔失稳极限风速和破坏发生路径,研究了山地丘陵B类地貌常用5B ZBC4型长短腿输电塔在风载作用下的动力特性,采用B-R准则和动态增量法（IDA）并结合位移等值准则,考虑了不同的风载作用,模拟了山区脉动风载对输电塔进行非线性屈曲分析和时程分析。结果表明,输电塔靠近山顶侧发生受压破坏、山谷侧为受拉破坏,且从塔腿开始逐渐发展到塔身,最终导致倒塔事故;现行山地丘陵输电塔的抗风设计规范将风等效为静力荷载的方法偏于不安全。     

风电机组塔架的脉动风速时程模拟

本文简述了谐波合成法中的自回归模型(AR)模拟出给定风速功率谱的风速时程序列,并验证其与目标谱(Davenport谱)的一致性,从而得到作用在各节点的脉动风荷载时程样本的方法。本文采用谐波合成法,建立了脉动风速时程的AR模型,编辑出脉动风速时程模拟程序,并对某风电机组塔架进行脉动时程分析,验证了该脉动风速时程模拟的可行性与有效性。     

特高压双回输电塔线体系风振响应研究

为研究1 000 kV特高压双回输电塔的风振系数取值问题,利用谐波合成法并考虑随高度变化的Kaimal风速谱数值模拟线路风场,在ANSYS中建立输电塔线体系的有限元模型,进而结合随机振动理论对输电塔线体系进行动力时程响应分析,计算了输电塔的风振系数,并与《建筑结构荷载规范》中的风振系数进行综合对比分析,为该类输电塔的抗风设计提供了合理化建议。     

基于时域法的输电塔抗风研究

基于脉动风的基本特性和Davenport脉动风速谱,提出在时域内采用按时间抽取的快速傅立叶变换技术改进的谐波叠加法对输电塔随机风场进行仿真,以一大跨越输电塔的随机风场为例获得各点的风速时程样本并进行了谱和相关性校验。结果表明,模拟值与目标值吻合、脉动风空间相关特性显著、计算效率大幅提高,验证了该法的有效性和实用性。     

近海风力涡轮机所受随机空气动力荷载模拟研究

根据脉动风速的功率谱和相干函数,采用谐波合成法(HSM),实现了对近海风力机脉动风场脉动风速时程的模拟.在此基础上,结合动量叶素理论对风机气动性能的计算结果,得到由脉动风场引起的风力涡轮机的随机空气动力荷载,为海上风力机支撑结构的动力反应计算提供了外部荷载.     

侧向横风作用下角钢输电塔的动力响应研究

研究了侧向横风作用下角钢输电塔的动力响应问题,以某大型角钢输电塔为工程背景,基于空间梁单元建立了输电塔的动力分析模型。在此基础上模拟了结构的风荷载时程,并对该输电塔在侧向横风作用下的动力响应进行了分析研究。研究表明:在横向侧风作用下输电塔将同时产生侧向和纵向的风致振动,其中侧向振动峰值要明显大于纵向振动峰值,部分主材杆件的峰值内力已经超过了材料的屈服强度。因此,在角钢输电塔的设计建造过程中,应当充分考虑侧向横风的影响。     

输电塔抗风稳定分析

采用线性滤波法模拟脉动风,运用有限元分析软件ANSYS分析了典型设计的500 kV猫头直线塔静力风荷载下非线性稳定性及动力风荷载下的瞬态变化,基于B-R准则和位移相等准则判断了输电塔的动态失稳并予以理论验证.结果表明,脉动风对结构稳定性影响较大.     

覆冰导线舞动作用下杆塔结构破坏过程数值模拟

为考察输电杆塔在覆冰舞动工况条件下破坏过程及倒塌机理,以110 kV肖湖432线输电杆塔为例,基于有限元软件MIDAS建立杆塔结构模型,利用Matlab模拟出导线覆冰舞动荷载波形,在MIDAS中建立时程荷载函数,对杆塔结构施加导线舞动荷载进行动力时程分析,并对杆塔结构的破坏机理、破坏形态及塔材变形的发展情况进行了模拟分析。结果表明,杆塔的破坏是由于部分交叉斜撑发生较大变形,使主材侧向约束显著弱化,随着时间的推移在杆塔的薄弱位置发生破坏,并最终导致倒塔;数值模拟结果与杆塔结构实际的破坏形式相符,验证了该方法的正确性。     

塔线体系在覆冰荷载作用下的力学性能研究

以500kV典型设计中的5B-ZB1直线酒杯塔为原型,采用空间桁梁混合结构来分析输电塔和索结构,并基于有限元方法分析导地线,构建了输电塔及塔线体系模型,通过逐级增加覆冰厚度的方法进行静力计算,分析了输电塔和塔线体系在覆冰荷载、风荷载、自重荷载及导线张力共同作用下的力学性能,对比分析了计算结果。结果表明,在覆冰荷载作用下杆塔的主要破坏是达到钢材的屈服强度而发生失稳破坏,输电单塔比塔线体系更偏于安全,而塔线体系更符合实际情况。     

湍流风与浮冰联合作用下近海风力机动力学响应

以NREL 5 MW近海风力机为研究对象,基于Kaimal平稳随机风速谱模型建立风力机全域湍流风,同时采用Matlock模型计算动态冰力,模拟风力机所受冰激振动,研究在风-冰联合环境载荷作用下近海风力机动力学响应。结果表明:冰激振动极大地加剧塔顶各向振动;频域上,冰激振动影响主要集中于塔架1阶固有频率和叶片1阶摆振频率,且相应峰值与冰厚呈正相关关系;受冰激振动作用,塔架各向剪切力明显增加,且塔顶和塔基附近增幅大于塔身中部。     

基于TMD的风力机塔筒振动控制研究

针对风力机塔筒在风振效应下振动过大的问题,该文基于调谐质量阻尼器(TMD)开展对风力机塔筒的减振控制研究。以某大型2 MW风力机塔筒为研究对象,基于ANSYS建立柔性的风力机塔筒有限元模型,并基于Kaimal谱和模态脉动曳力功率谱模拟得到脉动风速时程和风载时程曲线。为取得较好的TMD减振控制效果,根据Den Hartog法得到TMD的最优频率比和阻尼比。为分析TMD对塔筒结构强度的影响及其TMD的振动控制效果,对风力机塔筒进行静力学和风载作用下的动力响应仿真分析。研究结果表明:TMD对塔筒的静强度影响较小,相比于将TMD放置于塔筒内部,将TMD放置于塔顶机舱内能更有效地减小塔筒在风振效应下的位移峰值、标准偏差以及瞬态应力峰值,其抑制率分别达到63.51%、63.38%和59.74%。     

不同海况下近海超大型风力机动力学响应及结构损伤分析

以超大型DTU 10 MW单桩式近海风力机为研究对象,通过p-y曲线和非线性弹簧建立桩-土耦合模型,选取Kaimal风谱模型建立湍流风场,基于P-M谱定义不同频率波浪分布,并利用辐射/绕射理论计算波浪载荷,采用有限元方法对不同海况下单桩式风力机进行动力学响应、疲劳及屈曲分析。结果表明：不同海况波浪载荷作用下塔顶位移响应及等效应力峰值远小于风及风浪联合作用,其中风浪联合作用下风力机塔顶位移响应及等效应力略小于风载荷;波浪载荷对风载荷引起的单桩式风力机动力学响应具有一定抑制作用,此外相较于波浪载荷,风载荷为控制载荷;风载荷与风浪联合作用下风力机等效应力峰值位于塔顶与机舱连接处,波浪载荷风力机等效应力峰值位于支撑结构与桩基连接处;仅以风载荷预估风力机塔架疲劳寿命将导致预估不足;随着波浪载荷的增大,风力机失稳风险加大,波浪载荷不可忽略;不同海况下,风浪联合作用局部屈曲区域位于塔架中下端,在风力机抗风浪设计时,应重点关注此处;变桨效应可大幅降低风力机动力学响应、疲劳损伤及发生屈曲的风险。     

Simulating Feedback Linearization control of wind turbines using high‐order models

As wind turbines are becoming larger, wind turbine control must now encompass load control objectives as well as power and speed control to achieve a low cost of energy. Due to the inherent non‐linearities in a wind turbine system, the use of non‐linear model‐based controllers has the potential to increase control performance. A non‐linear feedback linearization controller with an Extended Kalman Filter is successfully used to control a FAST model of the controls advanced research turbine with active blade, tower and drive‐train dynamics in above rated wind conditions. The controller exhibits reductions in low speed shaft fatigue damage equivalent loads, power regulation and speed regulation when compared to a Gain Scheduled Proportional Integral controller, designed for speed regulation alone. The feedback linearization controller shows better rotor speed regulation than a Linear Quadratic Regulator (LQR) at close to rated wind speeds, but poorer rotor speed regulation at higher wind speeds. This is due to modeling inaccuracies and the addition of unmodeled dynamics during simulation. Similar performance between the feedback linearization controller and the LQR in reducing drive‐train fatigue damage and power regulation is observed. Improvements in control performance may be achieved through increasing the accuracy of the non‐linear model used for controller design. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于ANSYS的钢管混凝土输电塔抗风性能分析

基于ANSYS结构分析软件,计算了钢管混凝土构件的复合材料力学参数并对构件赋值,采用梁单元和杆单元相结合的方法对大跨越输电塔建模,并通过模态和风速时程分析了钢管混凝土构件在大跨越输电塔抗风性能方面的合理性。结果表明,大跨越输电塔中混凝土的灌注显著增加了钢管塔的刚度,输电塔在风荷载作用下的塔顶位移明显降低,有利于提高输电塔整体抗风能力,具有一定的推广价值。     

基于SMA阻尼器控制的鼓型塔风振响应分析

以某220kV输电线路的风致振动为例,研究了基于SMA阻尼器的鼓型塔振动控制方案和控制效果。先应用有限元软件ANSYS建立鼓型塔的有限元模型,采用线性自回归滤波器法模拟随机脉动风荷载的时程样本,再应用能量法计算所需阻尼器数量,根据SMA阻尼器的工作原理和鼓型塔的结构特点,设计了3种阻尼器布置方案进行结构风致振动瞬态响应仿真,提取各方案控制点位移、加速度时间历程进行比较分析。结果表明,安装SMA阻尼器后,对塔顶位移、加速度的最大减振率分别为37.8%、75.4%,方案3为最优布置方案,可见将SMA阻尼器应用于输电塔振动控制效果较好,合理设计阻尼器布置方案能使阻尼器发挥最大耗能功能,获得最好控制效果。