【技术实现步骤摘要】
本公开涉及海上风力发电，特别涉及一种漂浮式海上风电系统动力特性计算方法、装置和存储介质。
技术介绍
1、漂浮式海上风电系统是深远海风电开发的关键技术。漂浮式海上风电系统涉及气动力学、结构动力学、伺服控制系统、水动力学和系泊动力学等多个学科的复杂交叉，其动力全耦合仿真面临巨大挑战。特别是由于商业竞争等因素，风机厂家无法提供风机翼型及控制策略等信息，使得气动-水动-结构-控制-系泊等一体化仿真变得困难。为克服缺少风机信息对一体化耦合分析的限制，提高计算效率与工程经济性，急迫需要提出一种简化高效的、脱离风机信息的漂浮式海上风电一体化耦合计算分析方法。
技术实现思路
1、本公开旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
2、为此，本公开提供的一种漂浮式海上风电系统动力特性计算方法、装置和存储介质，在缺少风机叶片翼型及控制策略等信息的前提下，也可求得漂浮式海上风电系统的动力特性，且具有较高的计算效率和计算精度。
3、为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：
4、本公开第一方面提供的一种漂浮式海上风电系统动力特性计算方法，包括：
5、根据实测资料或者工程环境特点选择合适的风谱、波浪谱以及海流分布，并根据下式计算漂浮式海上风电系统的一体化耦合动力响应特征：
6、
7、式中，
8、m为漂浮式海上风电系统的整体质量，c为漂浮式海上风电系统的回复力矩阵，k为漂浮式海上风电系统的整体刚度；x为浮式基础的位移，和分别为x
9、f合为漂浮式海上风电系统在风浪流联合作用下所受的总合力；
10、f风为漂浮式海上风电系统所受的风力，通过由风机、塔筒和浮式基础构成的整体的风力系数矩阵f总风乘以风速的平方求解得到，所述整体的风力系数矩阵f总风的计算步骤为：根据风机推力特性、塔筒高度分别确定风机、塔筒的风力系数矩阵，根据浮式基础的形状及干舷高度，确定浮式基础的风力系数矩阵；根据坐标变换关系，将风机、塔筒的风力系数矩阵转换为浮式基础的风力系数矩阵，并与浮式基础的风力系数矩阵相叠加，获得所述整体的风力系数矩阵f总风；
11、f系泊为漂浮式海上风电系统所受的系泊力，该系泊力根据由设计要求配置的系泊系统参数计算得到；
12、f流为漂浮式海上风电系统所受的流力，该流力根据流力系数矩阵乘以流速的平方求解得到，所述流力系数矩阵根据浮式基础的形状及尺寸，采用cfd或其替代方法确定。
13、在一些实施例中，设所述风机的风力系数矩阵为f风机，按照以下两种方式中的任一种确定：
14、方式一，通过以下公式求解风机的风力系数矩阵f风机：
15、
16、式中，ρa为空气密度，cf为计算系数，d为风轮直径；
17、方式二，通过以下公式求解风机的风力系数矩阵f风机：
18、
19、式中，fmax为由风机厂家提供的推力曲线中的最大推力，u为最大推力处的风速。
20、在一些实施例中，设所述塔筒或浮式基础的风力系数矩阵为f塔筒or浮式基础，通过以下公式求解：
21、f塔筒or浮式基础＝0.613chcss
22、式中，ch为塔筒或浮式基础的高度系数，cs为塔筒或浮式基础的形状系数；s为受风塔筒或受风浮式基础的正投影面积。
23、在一些实施例中，根据平行移轴定理，采用以下公式将风机的风力系数转换为浮式基础的风力系数：
24、受力方面：
25、f风机to浮式基础，x＝cosγ·f风机
26、f风机to浮式基础，y＝sinθ·f风机
27、弯矩方面：
28、
29、
30、式中，f风机to浮式基础，x和f风机to浮式基础，y分别为针对受力计算时将风机的风力系数矩阵转换为浮式基础的风力系数矩阵沿x、y轴的分量，和分别为针对弯矩计算时将风机的风力系数矩阵转换为浮式基础的风力系数矩阵沿x、y轴的分量，以浮式基础的重心作为xyz坐标系的原点，以平行于水平面的平面作为xy平面，以竖直方向作为z轴方向；θ为风力方向与x轴的夹角，γ为风力作用重心与坐标轴之间的距离；
31、将塔筒的风力系数矩阵转换为浮式基础的风力系数矩阵f塔筒to浮式基础时，需将塔筒沿其高度方向分为若干段，参照上述公式根据各段的塔筒参数分别求解后再求和得到。
32、在一些实施例中，所述系泊系统参数包括系泊链直径d、长度l、线密度ρ、轴向刚度ea、轴向拖曳力系数cn及法向拖曳力系数cf。
33、在一些实施例中，设流力系数矩阵为f流，根据以下公式求解：
34、
35、式中，ρ为浮式基础所处环境的流体密度，cd为水流的拖曳力系数，a为浮式基础的迎流面积。
36、在一些实施例中，所述漂浮式海上风电系统的回复力矩阵c通过频域水动力求解。
37、在一些实施例中，所述漂浮式海上风电系统的整体刚度k按照以下公式确定：
38、
39、式中，kij(t-τ)为迟滞函数，是漂浮式海上风电系统的整体刚度k中第i行、第j列的元素，通过水动力求解，i,j∈[1,6]，t为时间，τ为与时间t的时间差。
40、本公开第二方面提供的一种用于实现根据本公开第一方面任一实施例所述计算方法的漂浮式海上风电系统动力特性计算装置，包括：
41、风力计算模块，用于根据由风机、塔筒和浮式基础构成的整体的风力系数矩阵乘以风速的平方求解得到漂浮式海上风电系统所受的风力，所述整体的风力系数矩阵首先根据风机推力特性、塔筒高度分别确定风机、塔筒的风力系数矩阵，然后根据浮式基础的形状及干舷高度，确定浮式基础的风力系数矩阵，最后根据坐标变换关系，将风机、塔筒的风力系数矩阵转换为浮式基础的风力系数矩阵，并与浮式基础的风力系数矩阵相叠加得到；
42、系泊力计算模块，用于根据由设计要求配置的系泊系统参数计算得到漂浮式海上风电系统所受的系泊力；
43、流力计算模块，用于根据流力系数矩阵乘以流速的平方求解得到漂浮式海上风电系统所受的流力，所述流力系数矩阵根据浮式基础的形状及尺寸，采用cfd或其替代方法确定；
44、耦合计算模块，用于根据以下公式计算漂浮式海上风电系统的一体化耦合动力响应特征：
45、式中，m为漂浮式海上风电系统的整体质量，c为漂浮式海上风电系统的回复力矩阵，k为漂浮式海上风电系统的整体刚度；x为浮式基础的位移，和分别为x对时间的一阶导数和二阶导数；f合为漂浮式海上风电系统在风浪流联合作用下所受的总合力。
46、本公开第三方面提供的一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行根据本公开第一方面任一实施例所述的计算方法。
47、本公开具有以下有益效果：
48、本本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种漂浮式海上风电系统动力特性计算方法，其特征在于，根据实测资料或者工程环境特点选择合适的风谱、波浪谱以及海流分布，并根据下式计算漂浮式海上风电系统的一体化耦合动力响应特征：
2.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，设所述风机的风力系数矩阵为f风机，按照以下两种方式中的任一种确定：
3.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，设所述塔筒或浮式基础的风力系数矩阵为f塔筒or浮式基础，通过以下公式求解：
4.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，根据平行移轴定理，采用以下公式将风机的风力系数转换为浮式基础的风力系数：
5.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述系泊系统参数包括系泊链直径D、长度L、线密度ρ、轴向刚度EA、轴向拖曳力系数Cn及法向拖曳力系数Cf。
6.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，设流力系数矩阵为f流，根据以下公式求解：
7.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述漂浮式海上风电系统的回复力矩阵C通过频域水动力求解。
8.根据权利要求1所述的计算
9.一种用于实现根据权利要求1～8中任一项所述计算方法的漂浮式海上风电系统动力特性计算装置，其特征在于，包括：
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行权利要求1～8中任一项所述的计算方法。
...【技术特征摘要】
1.一种漂浮式海上风电系统动力特性计算方法，其特征在于，根据实测资料或者工程环境特点选择合适的风谱、波浪谱以及海流分布，并根据下式计算漂浮式海上风电系统的一体化耦合动力响应特征：
2.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，设所述风机的风力系数矩阵为f风机，按照以下两种方式中的任一种确定：
3.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，设所述塔筒或浮式基础的风力系数矩阵为f塔筒or浮式基础，通过以下公式求解：
4.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，根据平行移轴定理，采用以下公式将风机的风力系数转换为浮式基础的风力系数：
5.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述系泊系统参数包括系泊链直径d、长度l、线密度...
【专利技术属性】
技术研发人员：李帅，郝军刚，李筹胜，任亚君，王富强，武明鑫，朱玲，李清石，杨阳，王涛，吴秀山，
申请(专利权)人：水电水利规划设计总院，
类型：发明
国别省市：
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