浮式风电装备动态响应敏感性参数分析

为研究各参数对浮式风电装备动态响应的影响程度,寻找响应变化规律和设计优化方向,根据海装6.2 MW浮式风电装备参数进行一体化仿真。结合规范要求、设计经验和环境条件特点,针对不同环境条件的重现期、风谱类型、波浪谱类型、极端阵风周期进行参数敏感性分析,得到浮式风电装备不同部分动态响应结果。结果表明：不同环境条件的重现期和组合方式对运动响应和锚链张力影响十分明显,对机组载荷的影响则与机组所处状态相关;风谱类型主要影响机组载荷,对平台运动和锚链张力影响不大,考虑空间相干性的湍流风谱结果最危险;波浪谱类型对运动幅值和锚链张力极值影响较大,在发电工况下对机组载荷的影响较小,但在空转工况下对机组载荷的影响较大;阵风周期对运动响应、塔筒载荷、机舱加速度影响相对明显,但对轮毂载荷、锚链张力影响不大。     

海上风电单桩基础服役状态现场监测

为了解风电结构在复杂环境中的真实服役状态,对2个风电单桩基础机位先后开展结构振动监测和水下地形扫测,通过分析现场实测数据,分析包含振动特性和冲刷情况在内的风机支撑结构服役状态,并结合设计数据对实测结果进行讨论。现场测试分析结果可为海上风电结构的服役状态监测和设计优化研究提供参考。     

考虑基于变分模态分解的冲击载荷截止因数影响的管系响应

针对海上浮式装置力学分析中选用不同截止频率阈值得到重构的冲击载荷对结构响应结果有较大影响的问题,采用变分模态分解(Variable Mode Decomposition, VMD)方法得到冲击载荷各本征模态函数、对应频谱的特征频率和最大加速度幅值。选取不同的截止因数,重构得到不同的冲击载荷。数值仿真结果表明：当截止因数为0.01时,重构的冲击载荷动力学响应与原始冲击载荷动力学响应基本保持一致;在保证足够的安全裕度的前提下,当截止因数选0.20时,可获得更低的截止频率。     

基于ARID控制系统的固定式海洋风机纵摇控制

针对固定式海洋风机在随机风浪载荷及其联合作用下产生的具有倒立摆运动特征的纵摇,研究采用主动转动惯量驱动系统(Active Rotary Inertia Driver, ARID)对海洋风机纵摇进行控制的问题。ARID控制系统通过伺服电机驱动转动惯性质量产生控制结构摆动的最优力矩,从而减小海洋风机的纵摇运动。基于拉格朗日原理建立海洋风机-ARID控制系统的理论分析模型;采用Simulink对海洋风机-ARID控制系统的有效性进行验证,并分析系统参数(控制算法参数、转动惯量比等)对控制效果的影响规律;设计海洋风机-ARID控制系统的振动台试验,设置多种载荷激励形式,验证控制系统的稳定性与广谱有效性。数值模拟和试验结果均验证了所建立的分析模型的正确性,表明ARID控制系统对风机的纵摇运动具有显著的控制作用,为ARID控制系统在具有倒立摆运动规律的工程结构中的应用奠定理论基础。     

Flight control of tethered kites in autonomous pumping cycles for airborne wind energy

Energy harvesting based on tethered kites benefits from exploiting higher wind speeds at higher altitudes. The setup considered in this paper is based on a pumping cycle. It generates energy by winching out at high tether forces, driving an electrical generator while flying crosswind. Then it winches in at a stationary neutral position, thus leaving a net amount of generated energy.The focus of this paper is put on the flight control design, which implements an accurate direction control towards target points and allows for a flight with an eight-down pattern. An extended overview on the control system approach, as well as details of each element of the flight controller, is presented. The control architecture is motivated by a simple, yet comprehensive model for the kite dynamics.In addition, winch strategies based on an optimization scheme are presented. In order to demonstrate the real world functionality of the presented algorithms, flight data from a fully automated pumping-cycle operation of a small-scale prototype are given. The setup is based on a 30 m² kite linked to a ground-based 50 kW electrical motor/generator by a single line.     

Real-time nonlinear MPC and MHE for a large-scale mechatronic application

Progress in optimization algorithms and in computational hardware made deployment of Nonlinear Model Predictive Control (NMPC) and Moving Horizon Estimation (MHE) possible to mechatronic applications. This paper aims to assess the computational performance of NMPC and MHE for rotational start-up of Airborne Wind Energy systems. The capabilities offered by an automatic code generation tool are experimentally verified on a real physical system, using a model comprising 27 states and 4 inputs at a sampling frequency of 25 Hz. The results show the feedback times less than 5 ms for the NMPC with more than 1500 variables.     

山西省近50年风速变化及突变特征分析

利用线性拟合、M-K方法对山西省22个气象观测站1960—2010年的逐日风速资料进行了倾向、突变、逐年代变化等特征分析。研究表明,近50年来山西省平均风速存在明显的下降趋势,平均风速由20世纪60年代的2.16 m/s下降到21世纪初的1.86 m/s;不同时间段呈现不同的变化特征,1979—1989年风速出现显著下降,年均递减率达到0.046 m/s,变率远超出其他时段;对近50年山西省平均风速进行M-K检验后发现,在1982年出现明显的突变点。山西省四季平均风速均呈下降趋势,四季风速下降速率最快的为春季,冬季次之,夏季风速下降速率最慢。同样,四季风速均发生突变,突变时间点分布在1980—1985年间。除8月外,山西省各个月份风速也呈下降趋势,且均出现突变现象。     

无线传感器网络技术在海洋平台结构安全检测领域的应用研究

无线传感器网络能够很好地解决海洋平台结构检测中遇到的很多问题。对无线传感器网络这一无线通信中的热点领域在无线传感器网络体系构架、大规模组网技术及网络管理、环境感知技术、数据采集技术以及信息处理技术等方面进行了应用研究,以期能将该项技术应用于我国海洋平台结构的安全检测中。     

基于模糊决策的风力发电产业评价研究

根据风力发电技术产业的特点,构建改进层次分析与模糊一致矩阵相结合的方案决策数学模型,该模型既可以减少确定判断矩阵的盲目性,又可以避开评价体系中各等级间的隶属度确定问题,使评价结果更加可靠,适合于信息尚不完整、受主观因素影响较强的评价。实例验证了这一模型的合理性、可行性和有效性,具有实用价值。     

广义数学形态滤波器在风电机齿轮箱故障诊断中的应用

在形态滤波算子和形态结构元素的基础上,提出采用不同结构的结构元素级联形成广义数学形态滤波器,实现风电机齿轮箱振动信号的降噪方法.用一个既有振幅调制,又有相位调制的非平稳信号仿真了故障齿轮箱的齿轮振动信号,对仿真信号采用提出的广义数学形态滤波器进行了处理.处理结果表明,提出的广义数学形态滤波器能有效消除噪声,用于对风电机齿轮箱的故障检测是可行的.