一种海上风电的一体化设计方法及相关组件与流程

本发明涉及海上风电建造领域，特别是涉及一种海上风电的一体化设计方法及相关组件。

背景技术：

1、海上风电主要由风电机组和海上支撑结构这两类结构组成，由于海上风电需要长期在海上环境工作，其对于风电机组和海上支撑结构的结构稳定性和安全性有较高的要求，要求风电机组和海上支撑结构在各种载荷环境中保证结构稳定。现有技术在设计风电机组和海上支撑结构时，通常是将风电机组和海上支撑结构受到的风载荷、波浪载荷和水流载荷等各类载荷的最大值相互叠加作为其极限工况，基于极限工况对风电机组和海上支撑结构进行设计。但是，因为现实情况中不会出现同一时刻所有载荷均为最大值的情况，所以将各类载荷最大值相互叠加的设计方法所获得的设计输出较为保守，需要较高的工程造价成本。

2、而且，目前的风电机组和海上支撑结构通常分别由不同的设计院或者厂商设计和制造，由于存在沟通不及时和信息不同步的问题，可能会产生重复计算同种载荷的问题，进一步提高了工程成本和安装成本。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种海上风电的一体化设计方法及相关组件，可以避免重复计算同种载荷，使海上风电的设计更贴合实际情况，避免保守设计，降低了工程造价成本。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种海上风电的一体化设计方法，包括：

3、根据海上支撑结构的子模型以及风电机组各个组件对应的子模型，构建海上风电的一体化模型；

4、对所述一体化模型施加预设时长的环境载荷，确定所述一体化模型在所述预设时长内的各个时刻的瞬时载荷；

5、在各个所述瞬时载荷中，将载荷最大的所述瞬时载荷作为所述一体化模型的极限载荷；

6、对指定的n个所述子模型分别施加所述极限载荷，判断n个所述子模型在所述极限载荷下的应力是否大于第一预设极限值且应变是否大于第二预设极限值，n为不大于所述子模型总数量的正整数；

7、若n个所述子模型均判定为是，则判定所述海上风电的设计合格；

8、若存在所述子模型判定为否，则判定所述海上风电的设计不合格。

9、优选的，在构建海上风电的一体化模型之后，还包括：

10、将所述一体化模型转换为有限元模型；

11、在所述有限元模型中的底部设置表示模拟海床环境的刚度矩阵；

12、对所述一体化模型施加预设时长的环境载荷，包括：

13、对带有所述刚度矩阵的所述有限元模型施加所述预设时长的环境载荷。

14、优选的，在对所述一体化模型施加预设时长的环境载荷之前，还包括：

15、确定所述一体化模型的m个结构参数，m为正整数；

16、在将载荷最大的所述瞬时载荷作为所述一体化模型的极限载荷之后，还包括：

17、根据所述极限载荷确定所述一体化模型的应力和应变；

18、根据m个所述结构参数、所述一体化模型的应力和应变判断所述一体化模型是否满足预设设计要求；

19、若是，则进入对指定的n个所述子模型分别施加所述极限载荷的步骤；

20、若否，利用预设粒子群算法变换m个所述结构参数的数值，利用新的所述结构参数返回构建海上风电的一体化模型的步骤。

21、优选的，在用预设粒子群算法变换m个所述结构参数的数值之后，还包括：

22、将所述海上风电的整机迭代次数加1；

23、判断所述整机迭代次数是否大于预设迭代次数；

24、若是，则执行所述海上风电对应的预设抗台风控制策略。

25、优选的，在返回对所述一体化模型施加预设时长的环境载荷的步骤之前，还包括：

26、当所述预设抗台风控制策略为将所述风电机组的风轮及叶片旋转至顺风方向时，根据所述预设抗台风控制策略更新所述风电机组的子模型，并根据所述风电机组的子模型更新所述一体化模型。

27、优选的，在判定所述海上风电设计不合格之后，还包括：

28、利用预设粒子群算法变更判定为大于的所述子模型中的x个结构参数，得到新的所述子模型，x为正整数；

29、根据新的所述子模型更新所述一体化模型，返回构建海上风电的一体化模型的步骤。

30、优选的，确定所述一体化模型在所述预设时长内的极限载荷，包括：

31、确定所述一体化模型在所述预设时长内的结构动力上的整机响应谱；

32、将所述整机响应谱中的最大值作为所述一体化模型的极限工况；

33、将所述极限工况乘以预设安全系数，得到所述一体化模型在所述预设时长内的极限载荷；

34、其中，所述整机响应谱由各个所述子模型的连接面之间的载荷构成。

35、优选的，对指定的n个所述子模型分别施加所述极限载荷，包括：

36、在所述整机响应谱中提取出n个所述子模型对应的子响应谱；

37、将所述子响应谱中的最大值作为所述极限载荷施加给对应的所述子模型。

38、本申请还提供一种海上风电的一体化设计装置，包括：

39、存储器，用于存储计算机程序；

40、处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上述的海上风电的一体化设计方法的步骤。

41、本申请还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述的海上风电的一体化设计方法的步骤。

42、本申请提供一种海上风电的一体化设计方法及相关组件，涉及海上风电建造领域，根据海上风电的各种组件的子模型构建海上风电的一体化模型，对一体化模型施加预设时长的环境载荷并确定其在每个时刻的瞬时载荷，将最大的瞬时载荷作为一体化模型的极限载荷，对n个子模型分别施加极限载荷，判断n个子模型在极限载荷下的应力和应变是否超过其极限值，若n个子模型均未超过，则判定海上风电的设计合格，若有子模型超过则判定海上风电的设计不合格。通过建一体化模型并其确定其极限载荷，可以避免重复计算同种载荷；通过将瞬时载荷作为极限载荷，可以使海上风电的设计更贴合实际情况，避免保守设计，降低了工程造价成本。

技术特征：

1.一种海上风电的一体化设计方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的海上风电的一体化设计方法，其特征在于，在构建海上风电的一体化模型之后，还包括：

3.如权利要求1所述的海上风电的一体化设计方法，其特征在于，在对所述一体化模型施加预设时长的环境载荷之前，还包括：

4.如权利要求3所述的海上风电的一体化设计方法，其特征在于，在利用预设粒子群算法变换m个所述结构参数的数值之后，还包括：

5.如权利要求3所述的海上风电的一体化设计方法，其特征在于，在返回对所述一体化模型施加预设时长的环境载荷的步骤之前，还包括：

6.如权利要求1所述的海上风电的一体化设计方法，其特征在于，在判定所述海上风电设计不合格之后，还包括：

7.如权利要求1至6任一项所述的海上风电的一体化设计方法，其特征在于，确定所述一体化模型在所述预设时长内的极限载荷，包括：

8.如权利要求7所述的海上风电的一体化设计方法，其特征在于，对指定的n个所述子模型分别施加所述极限载荷，包括：

9.一种海上风电的一体化设计装置，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上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至8任一项所述的海上风电的一体化设计方法的步骤。

技术总结
本发明公开了一种海上风电的一体化设计方法及相关组件，涉及海上风电建造领域，根据海上风电的各种组件的子模型构建海上风电的一体化模型，对一体化模型施加预设时长的环境载荷并确定其在每个时刻的瞬时载荷，将最大的瞬时载荷作为一体化模型的极限载荷，对指定的N个子模型分别施加极限载荷，判断N个子模型在极限载荷下的应力和应变是否超过其极限值，若N个子模型均未超过，则判定海上风电的设计合格，若有子模型超过则判定海上风电的设计不合格。通过建一体化模型并其确定其极限载荷，可以避免重复计算同种载荷；通过将瞬时载荷作为极限载荷，可以使海上风电的设计更贴合实际情况，避免保守设计，降低了工程造价成本。

技术研发人员：罗勇水,何先照,施健行,杨思阳,陈前
受保护的技术使用者：浙江运达风电股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13