上海东海大桥海上风电场规划建设关键技术研究

通过对上海东海大桥海上风电场的选址、风电场升压方式、基础选型设计、桩基试验、基础施工、风机安装等技术问题的研究和实践，提出了海上风电场选址原则、接入电网方式、具有防撞能力的高桩混凝土承台基础形式、风机基础结构分析方法、桩的承载力试验手段、高桩承台施工和风机整体吊装方案等，为海上风电场规划建设提供借鉴。     

近海桩式风机基础优化方法研究

由于海上风机基础成本在整个风电场建设工程成本中占有相当大的比重,因此降低风机基础成本可以有效降低整个工程的成本。本文通过Ansys有限元分析软件对某近海风电场三桩风机基础进行有限元建模,分别进行了确定性的尺寸优化与形状优化,以及模糊性尺寸优化与形状优化研究。优化结果表明,形状优化比尺寸优化的效果要好,而模糊优化比确定性优化的效果更佳。     

海上风电场规划的主要影响因素分析

海上风电是新能源发展的一个战略重点，目前我国沿海地区正在积极开展大规模海上风电的规划。对中国近海风电场规划与开发现状进行了介绍，总结了近海风电场规划的主要内容，分析了近海风电场在规划中的主要影响因素和解决方法。     

磁流变调谐质量阻尼器在海上风机振动控制中的应用

针对近海风机在风、波浪和地震3种载荷作用下的振动控制问题,提出了基于磁流变弹性体(magnetorheological elastomer, MRE)调谐质量阻尼器(tuned mass damper, TMD)的海上风机半主动控制方法。首先,介绍了MRE的变刚度磁致力学特性及面向海上减振需求的MRE-TMD结构设计原理;其次,建立了海上风机-TMD动力学模型,计算了风、波浪及地震激励载荷;再次,应用半主动控制算法跟踪识别风机塔筒顶端响应的频率,实时调节MRE-TMD的刚度,进而对海上风机进行振动控制。通过分析导管架式近海风机在多种载荷作用下的动力响应可知,采用基于MRE-TMD的控制方法能够有效衰减导管架式海上风机在多种载荷作用下的振动响应。与被动TMD相比,MRE-TMD具有较好的减振效果,为海上风机振动控制提供了一种新的解决思路。     

试析海上风机在强台风下叶片受损风险与对策——考察红海湾风电场的启示

2003年9月近海丘陵区风电场——汕尾红海湾风电场风机叶片被台风“杜鹃”吹坏。从破坏形式可以断定叶片曾发生大幅度扭转颤振而且与不利地形有关。从这一实例来看,同等强度台风情况下海上风机叶片受损的风险可能低于海岸风机,因为海面平坦,不具备风向局部变化条件。此次风灾也表明,保持风机处于停转顺桨,但可偏航的暂停状态是叶片防损的关键。     

海上风电场建设重大工程问题探讨

三峡集团公司承担了国家“十一五”科技支撑计划项目中近海风电场选址及风电机组运行、维护技术开发和近海风电机组施工、测试专用设备的研制等有关课题的研究工作,在江苏近海和潮间带建设了多台具有自主知识产权的试验风机。通过研究测风、风资源评估、基础结构、运输吊装、运行维护等海上施工关键技术,以及推动大型海上风力发电机组的研发,探索降低海上风电开发成本的措施。以海水淡化为切入点,开展风电的非并网应用研究,寻求解决风电消纳问题的新方法。     

海上风电场基础形式及配套施工技术

根据不同的水深及地质条件,结合已建成的海上风电场基础形式及施工方法,介绍和研究了重力式、单桩、群桩、设置沉箱、沉井及吸力式筒形基础等几种形式。对不同的基础形式,分别提出了自升式平台、浅吃水半潜驳、打桩船及整体浮运吊装等相应的基础施工方法。根据风机机组类型,对塔筒和风机的安装也做了介绍。     

福建省海上风电场运维船论证研究

通过比较和分析欧洲海上风电场、国内海上风电场运维船的使用情况,结合福建省海上风电场运维的特性,研究海上风电场运维船的环境适应性、坐滩能力、船型论证、航船评估、护舷设计等问题,为福建省海上风电场运维船的设计、研发工作提供合理、可靠的论证方案。     

海上风机基础设计方法研究

主要针对海上风电场的风机基础设计进行研究。为保证海上风机基础的适用性,将选取不同深度的海域分别进行研究。根据3.0,MW风力发电机的详细参数,对单桩式、独腿三桩式和导管架式三种基础型式分别进行结构计算分析。通过对不同海上风机基础的分析论证,提供海上风机基础的设计思路。     

海上风电场运维一体化平台的开发运用探究

在数字化和互联网信息技术的支撑下,海上风电场运维一体化平台、智慧化平台建设意义重大,不仅可以优化海上风电场设备运维模式,还可以降低运维成本,在确保发电量稳步提升的基础上,确保海上风电场运行生产安全。海上风电场作为我国电能生产的最新领域,必须要展现出海上风电场价值,做好海上风电场运维管理,借助信息化网络技术构建海上风电场运维一体化平台,实现海上风电场运行维护人、船、物统一调度管控。该文将针对海上风电场运维现状以及海上风电场运维特点进行详细分析,探究出海上风电场运维一体化平台的开发运用策略。     

基于尾流试验的风电场装机容量估算方法

结合对我国风电场装机容量的现状分析,指出风电场装机容量的确定受政策及主观因素影响较大,缺乏有效的技术手段支持。提出了一种装机容量估算的思路,即:以控制风电场平均尾流损失为目标,由风能资源决定风机排布,继而由风机排布来估算装机容量。为此,基于风机风能利用效率相近的特点,通过引入参考风机并进行尾流试验,给出了在不同风速下风电场风机的推荐排布方式,根据风机额定功率与直径平方的关系,得出了一定技术安装高度上单位面积区域内装机容量的估算方法。结合我国风能资源评估国家标准,给出了对应不同风功率密度等级的场址区域,其50 m高度上单位面积可装机容量的推荐值。提出的估算方法可为风电场建设前期进行装机规模的确定提供参考。     

风电机组基础结构形式及计算方法

风能作为一种清洁的可再生能源,越来越受到世界上国家层面的密切关注。风力发电机组正常运转需要稳固的基础。随着风电机组的装机容量不断增大并由陆地发展到海洋,风电机组基础面临海洋环境更复杂的荷载工况,故对其进行研究更具有理论意义与工程应用价值。系统阐述了中外风电机组基础的结构形式及其计算分析方法的研究现状与最新进展。首先,分别介绍了风电机组基础在陆地和海上不同类型的结构形式及其适用范围;其次,对风机基础结构体系的风机荷载与环境荷载、静力学与动力学计算、结构冲刷及腐蚀等相关问题研究进行了系统分析与归纳;最后,指出风电机组基础研究和应用中存在的问题并提出了研究方向,同时还展望其未来在中国广阔的发展前景。     

基于三次修正Jensen尾流模型的海上风电场布局优化

目前修正的Jensen尾流模型均没有同时修正尾流初始半径和尾流初始风速，无法准确预测海上风电场的实际尾流风速。本文基于二次修正Jensen尾流模型基础上，提出三次修正Jensen尾流模型，并通过海上风电场风洞实验数据验证该修正尾流模型的正确性。其次，考虑全尾流及部分尾流面积，将该三次修正Jensen尾流模型应用到海上风电场的布局优化中，以风力机的坐标及数量为优化变量，以度电成本为优化目标函数，并利用樽海鞘算法对海上风电场的风力机布局进行优化设计。优化结果表明：对比采用改进Jensen模型指导风电场布局，采用三次修正Jensen模型时，风电场的布局更加均匀；对比考虑全尾流的布局，当考虑部分尾流布局时，度电成本降低了2.16%。     

基于环境等值线法的海上浮式风机长期极限响应预测

为保证海上浮式风机在复杂的风浪环境载荷作用下正常服役,需要评估海上浮式风机的长期极限响应。通过实测风浪的联合概率分布,利用基于逆一次可靠度法(IFORM)和逆二次可靠度法(ISORM)的环境等值线法获取环境工况组合,模拟风机短期响应并结合Gumbel极值分布计算风机长期极限响应,实现了对海上浮式风机50 a重现周期的极限响应预测。研究结果表明:风浪联合作用下,随着平均风速增大,平台纵荡运动、叶根面外弯矩和塔基前后弯矩出现了先增大后减少的趋势;随着有义波高增大,平台纵荡运动最大值和平均值、塔基前后弯矩最大值也随之增大;与基于IFORM的环境等值线法相比,基于ISORM的环境等值线法可以涵盖更多的环境工况组合,得到更大的浮式风机长期极限响应,进一步提高了风机结构设计安全性。     

浮式风机半潜平台稳性数值分析

随着大型海上风电场的建设逐步由浅海域向深海海域发展,研究浮式风机已成为各国开发海上风能的热点工作,相应的传统固定式基础结构已不能满足海上风力机工作性能要求.因此设计一种三立柱式半潜平台作为浮式风机基础结构,并结合海洋平台与陆地风机的特点,应用海洋工程商业软件SESAM对半潜平台完整稳性及破舱稳性进行数值分析,主要考虑平台发生大角度倾斜及舱室破损倾斜后,浮式风机是否会出现倾覆现象.模拟结果证明,一舱破损或两舱破损风力机不会出现倾覆现象,风机可以保证正常发电.     

海、陆两用风力发电实验平台设计

在风电场通过现场测试分析研究风力机性能由于受到现场环境的限制,能够获得的研究数据有限,室内模拟实验平台能够有效弥补研究不足.为此提出了一种海、陆两用风力发电实验平台方案.该实验平台由来风装置、风轮、发电机、两段式塔架、漂浮台、波浪产生装置、传感检测和数据采集系统等构成.在实验平台整体方案基础上,进行了结构参数设计,建立了漂浮台受力分析模型并获得了合理的结构参数,以Lab VIEW为开发环境设计了上位机运行状态监控系统.最后,基于构建的实验平台,开展了部分风力机动态特性研究工作,对比分析了模拟陆地风力机和海上漂浮式风力机时塔架振动特性,为进一步深入开展风力机动态特性研究提供了基础.     

基于深度学习的风力发电机组故障预警方法研究综述

风能作为重要的可再生能源,近几十年来,全球风能使用规模迅速增长,陆上和海上风力发电机组发电容量不断增加。由于风力发电机组故障维修成本巨大,因此必须开发有效且可靠的风力发电机组故障预警方法,在风电机组发生故障前进行提前预警,以便降低风电场的运营和维护成本。目前风电机组数据采集与监视控制系统(supervisory control and data acquisition, SCADA)已经在风电场有了广泛的应用,其中蕴含着大量的潜在数据信息,同时深度学习方法在海量数据挖掘方面有比较明显的优势,因此深度学习方法在风力发电机组故障预警领域的应用潜力巨大。综述了近年来相关深度学习方法在风力发电机组故障预警的研究进展,总结了风电机组故障预警的大体步骤,分析了各个步骤的具体处理方法,对每种技术方法的特点进行整理分析。最后阐述了深度学习在风电机组故障预警领域所面临的挑战,并对今后的研究重点进行了展望。     

大规模海上风电场内部电气汇集系统设计方案经济性优化

为解决大规模远距离海上风力发电技术的汇集送出时成本过高等经济性的问题,本文通过对海上风电场汇集系统的组成和特征以及汇集系统的经济性组成因素进行分析,以投资成本最低为目标,建立汇集系统经济性数学模型。在此模型基础上,提出了一种经济性优化组合算法。对风机排布采用放射型模糊聚类算法RFCM（Radial Fuzzy C-Means）,进行模糊聚类分片,并将聚类片区得出的风电机群的海底电缆分布路径采用Prim最小生成树算法进行优化找出电缆连接最小路径,得出最经济性的分布拓扑。结果表明,此组合算法解决了穷举法优化拓扑结构的维数灾问题,为简洁快速的解决大型海上风电场汇集系统经济性优化问题提供了支撑。最后对山东半岛北风电场实例进行该组合优化算法的算例分析,证明该组合优化算法的有效性。     

海上风电场环形结构集电系统可用率等值计算方法

为了在规划阶段做好海上风电场集电系统的可靠性评估,避免可及性差导致的维护困难,提出将概率性方法与确定性方法结合的可用率等值计算方法。首先根据大规模海上集电系统的特点将其划分为变电站层、风机层、电缆层,通过故障树算法对环形集电系统的可用率进行分层描述;然后根据环形结构可能出现的运行状态,分别计算单串环网的可用率;最后以某规划中的海上风电场为例对其集电系统的可靠性与经济性这对矛盾指标进行对比分析,实现集电系统不同拓扑方案的优劣比较,为海上风电场集电系统的拓扑规划提供量化的参考指标。     

大型风力机塔架在脉动风下的动力响应特性研究

采用Kaimal脉动风功率谱,考虑脉动风的空间相关性,采用AR模型模拟风电场脉动风速时程,并验证脉动风速谱与目标谱的一致性;通过有限元方法计算风力机塔架结构在风载荷作用下的动力响应特性。计算结果表明:AR模型对实际风场风速进行有效模拟,考虑脉动风的影响,塔架的风振响应显著增加;随着风速的增加,塔架的振动也随之增加,这为风力机塔架的风致响应分析和抗风研究提供了实用方法。