【摘 要】
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目前,挪威、日本、葡萄牙等国先后建成了不同基础类型数兆瓦级的浮式风电机组,并确立长远的深海风能开发计划,将深海风力能源开发作为其能源战略的重要发展方向之一。我国深远海风资源丰富,开发潜力巨大,漂浮式风电机组对沿海环境影响小、机位受海域限制小,适用于深远海风资源开发。相比定桩式风电机组,漂浮式风电机组运行环境复杂,浮式支撑会产生大偏移、大幅度运动,对机组运行的安全性、稳定性提出了严峻挑战。而依然沿用
【基金项目】
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国家自然基金面上项目:面向大型浮式风电系统的柔性多体动力学建模与双重载荷控制研究（NO.51875058）； 科技援疆重点项目:海上大型漂浮式风电系统柔性多体动力学建模与阻尼器降载、振动控制技术研究与应用（NO.2021E02039）； 渝乌科技合作项目:大叶轮柔性超高塔风电机组振动控制关键技术开发与产业化（NO.CSTC021J
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目前,挪威、日本、葡萄牙等国先后建成了不同基础类型数兆瓦级的浮式风电机组,并确立长远的深海风能开发计划,将深海风力能源开发作为其能源战略的重要发展方向之一。我国深远海风资源丰富,开发潜力巨大,漂浮式风电机组对沿海环境影响小、机位受海域限制小,适用于深远海风资源开发。相比定桩式风电机组,漂浮式风电机组运行环境复杂,浮式支撑会产生大偏移、大幅度运动,对机组运行的安全性、稳定性提出了严峻挑战。而依然沿用传统控制器将很难适应平台运动,鉴于此,论文结合浮式基础平台的特点,选择适于我国海域深度与环境特点的半潜式海上风机作为研究对象,开展功率控制和减载控制研究,旨在为我国深海风电资源开发进行有益的探索。论文的主要工作如下:（1）针对漂浮式海上风电机组此类强耦合强外界干扰的非线性系统,结合空气动力学、水动力学、结构动力学,建立了“风机—塔架—基础—系泊”组成的系统多体动力学模型。（2）利用美国国家可再生能源实验室（National Renewable Energy Laboratory,NREL）FAST和Matlab软件,对半潜式基础平台的动态响应展开研究。分别展开风浪联合作用、浪向角、风轮旋转速度等不同因素对半潜式基础平台所产生的运动影响研究。通过系泊系统参数灵敏度分析,探究不同结构参数与平台运动之间的关联关系,从而进一步剖析浮式平台的动力学特征,为控制方法设计奠定基础。（3）鉴于传统控制器是基于系统线性化的控制方法,导致在整个工作域内实现机组控制需要较大调节工作量,且控制效果不佳。论文提出一种基于预设时间非线性控制方法的变桨控制方案,该总体方案由统一变桨和独立变桨组成。其中功率调节的控制目标由统一变桨实现,结构减载的控制目标由独立变桨实现。与传统的增益调节比例积分控制器进行仿真比较,从而验证所提出的控制方法对漂浮式风电机组稳定输出功率、抑制结构载荷以及约束平台运动性能的良好效果。
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