[發(fā)明專利]一種風(fēng)電機(jī)組在環(huán)仿真系統(tǒng)及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111438163.4
• 申請日: 2021-11-30
• 公開（公告）號: CN114169197A
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 秦世耀;賈海坤;王瑞明;薛揚(yáng);付德義;張利;孫勇;王安慶;王文卓;龔利策;趙娜
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電力科學(xué)研究院有限公司;國家電網(wǎng)有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F113/06;G06F119/14;G06F119/04
• 代理公司: 北京安博達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

1.一種風(fēng)電機(jī)組在環(huán)仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括：前處理模塊和載荷仿真與機(jī)艙在線測試模塊；

所述前處理模塊，用于模擬風(fēng)電機(jī)組的環(huán)境基礎(chǔ)參數(shù)；

所述載荷仿真與機(jī)艙在線測試模塊，用于基于所述環(huán)境基礎(chǔ)參數(shù)模擬風(fēng)電機(jī)組的動力學(xué)響應(yīng)參數(shù)。

2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述前處理模塊包括：生風(fēng)模塊、翼型模塊、葉輪與機(jī)艙模塊、結(jié)構(gòu)模塊、模態(tài)計(jì)算模塊和海況模塊；

所述生風(fēng)模塊，用于模擬生成風(fēng)電機(jī)組輪轂高度處的風(fēng)速矢量，并輸入到氣動載荷模塊；

所述翼型模塊，用于采用葉素理論，基于風(fēng)電機(jī)組葉片長度方向的翼型參數(shù)生成葉素氣動參數(shù)，并輸入到氣動載荷模塊，其中，所述葉素氣動參數(shù)包括升力、阻力系數(shù)、弦長、攻角；

所述葉輪與機(jī)艙模塊，用于將風(fēng)電機(jī)組的機(jī)艙和葉輪整體等效為1個(gè)質(zhì)點(diǎn)，以偏航軸承為原點(diǎn)獲取該質(zhì)點(diǎn)的六自由度的質(zhì)量矩陣、剛度矩陣和阻尼矩陣，并將該質(zhì)量矩陣、剛度矩陣和阻尼矩陣輸入到機(jī)艙動力學(xué)模塊；

所述結(jié)構(gòu)模塊，用于搭建風(fēng)電機(jī)組的葉輪和支撐結(jié)構(gòu)的有限元的動力學(xué)模型，獲取葉輪和支撐結(jié)構(gòu)的質(zhì)量矩陣、剛度矩陣和阻尼矩陣，并將葉輪的質(zhì)量矩陣、剛度矩陣和阻尼矩陣輸入到葉輪動力學(xué)模塊，支撐結(jié)構(gòu)的質(zhì)量矩陣、剛度矩陣和阻尼矩陣輸入到支撐結(jié)構(gòu)動力學(xué)模塊；

所述模態(tài)計(jì)算模塊，用于基于葉輪和支撐結(jié)構(gòu)的有限元的動力學(xué)模型對葉輪和支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析；

所述海況模塊，用于模擬生成風(fēng)電機(jī)組支撐結(jié)構(gòu)水下部分的流速矢量場，并輸出到水動力計(jì)算模塊。

3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述載荷仿真與機(jī)艙在線測試模塊包括：氣動載荷模塊、水動力計(jì)算模塊、葉輪動力學(xué)模塊、機(jī)艙動力學(xué)模塊、支撐結(jié)構(gòu)動力學(xué)模塊和風(fēng)電機(jī)組機(jī)艙全尺寸試驗(yàn)裝置；

所述氣動載荷模塊，用于所述基于風(fēng)速矢量和葉素氣動參數(shù)，使用葉素理論計(jì)算每只葉片每個(gè)葉素的氣動載荷，將葉素的氣動載荷進(jìn)行空間坐標(biāo)變換后在葉輪坐標(biāo)系上進(jìn)行集成，得到葉輪整體六自由度等效載荷向量，并將所述六自由度等效載荷向量輸出到葉輪動力學(xué)模塊；

所述水動力計(jì)算模塊，用于基于流速矢量場計(jì)算風(fēng)電機(jī)組支撐結(jié)構(gòu)的水下構(gòu)件的載荷分布力；

所述葉輪動力學(xué)模塊，用于基于所述葉輪的質(zhì)量矩陣、剛度矩陣、阻尼矩陣以及所述六自由度等效載荷向量，采用求解算法分析葉輪整體、輪轂及葉片各截面在葉輪坐標(biāo)系中的動力學(xué)響應(yīng)；

所述機(jī)艙動力學(xué)模塊，用于基于所述質(zhì)點(diǎn)的六自由度的質(zhì)量矩陣、剛度矩陣和阻尼矩陣和測試樣機(jī)輸出的磁阻扭矩和五自由度非扭載荷向量組成的動力學(xué)方程采用求解算法分析機(jī)艙整體平動和轉(zhuǎn)動的動力學(xué)響應(yīng)；

所述支撐結(jié)構(gòu)動力學(xué)模塊，用于基于所述支撐結(jié)構(gòu)的質(zhì)量矩陣、剛度矩陣和阻尼矩陣、支撐結(jié)構(gòu)頂端的載荷、風(fēng)電機(jī)組支撐結(jié)構(gòu)的水下構(gòu)件的載荷分布力采用求解算法分析支撐結(jié)構(gòu)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的動力學(xué)響應(yīng)；

所述風(fēng)電機(jī)組機(jī)艙全尺寸試驗(yàn)裝置由依次連接的電動機(jī)、扭矩限制器、聯(lián)軸器、加載裝置、適配器和測試樣機(jī)組成；

其中，所述動力學(xué)響應(yīng)包括：位移、速度、加速度以及載荷。

4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述五自由度非扭載荷向量為預(yù)先構(gòu)建的坐標(biāo)系中沿x、y、z軸方向的力、繞y軸彎矩以及z軸彎矩；

其中，所述預(yù)先構(gòu)建的坐標(biāo)系的中心點(diǎn)位于測試樣機(jī)的風(fēng)輪的輪轂中心位置，x軸方向?yàn)闇y試樣機(jī)的主軸方向，y軸方向?yàn)橄鄬τ诘孛娴乃椒较颍瑉軸方向?yàn)榇怪眡軸和y軸組成平面方向。

5.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述六自由度為葉輪整體的笛卡爾坐標(biāo)系中x軸、y軸、z軸方向，以及繞x軸、y軸、z軸方向；

所述求解算法包括下述中的至少一種：Newmark-β法、Runge-Kutta法和Wilson-θ法。