一种漂浮式海上风电系统一体化设计校验方法与流程

本发明涉及风电系统结构，具体涉及一种漂浮式海上风电系统一体化设计校验方法。

背景技术：

1、漂浮式海上风力发电系统研究需要同时考虑空气动力和水动力对整个结构的影响，而结构的运动又反作用于机组上，引起风机载荷的变化；一体化分析可以在计算分析中充分考虑风载和浪载的耦合作用；同时可以把所有设计要素的计算结果集中体现；设计结果更加科学、可靠；避免了迭代设计的误差累积，更具有经济性；可以充分考虑动载荷与结构的动力反馈；从而避免了迭代设计中存在的计算结构不够精确的问题；目前一体化设计技术在漂浮式海上风电领域还未普遍应用，由于漂浮式海上风电系统由于其上部风电机组与下部支撑结构在载荷和运动响应上相关性过于密切，故使用一体化设计非常必要；但如何在现有设计体系下，国内风电机组厂家与设计单位对于风电机组关键参数的传递方面存在一定壁垒，设计单位统筹情况下仅能掌握机组载荷参数及尺度重量基本参数，并不能掌握涉及到影响载荷变动的风电机组细节参数，证明一体化设计结果的准确性，因此需要改善，通过实现在现状中的已知的参数来进行一体化分析，从而获取更加可靠的设计校核，是亟需解决的技术问题，可以突破技术瓶颈获得差异技术优势；

2、申请号2022116531541，公开一种漂浮式风电叶片模型气动设计方法，基于最优叶尖速比映射关系和相对叶尖速比变化率相同的相似准则，解决了现有技术中的传统的推力系数相似准则和模型设计方法并未考虑机组的叶尖速比和翼型攻角在动态变化下的气动性能相似性，设计出的传统模型功率系数低，动态性能的相似性不能满足的问题；

3、申请号2022103938352，公开一种柔性连接的驳船型浮式风电系统及浮式平台，通过增加浮式基础的稳定性，需要对常规的驳船型漂浮式风机基础的结构进行优化，解决驳船型漂浮式风电系统抵抗复杂风浪荷载的能力低、浮式基础稳定性较差的问题；

4、申请号2022220415178，公开一种模块化设计的漂浮式风电机组基础结构，有效解决机组大型化过程中对浮式基础结构大尺寸带来的一系列问题，比如解决了生产、转运及现场安装对场地及相关设备的要求，有利于控制构件质量和节省生产制造成本；

5、上述现有技术，针对漂浮式海上风电系统设计，其设计的准确性未能系统评判，故无法为高效准确设计提供强有力的依据和支撑。

技术实现思路

1、有鉴于此，面对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种漂浮式海上风电系统一体化设计校验方法，实现在工程领域科研校验漂浮式海上风电系统一体化设计结果准确性的方法。

2、本技术旨在解决背景技术中的问题之一，提供了一种在工程设计领域校验漂浮式海上风电系统一体化设计结果准确性的方法；

3、步骤1：首先机组参数持有方与支撑结构设计方联合开展完全一体化设计，并得到一体化分析结果，包括各典型工况塔筒底部载荷、系统运动响应；

4、步骤2：风电机组参数持有方提供机组载荷参数及尺度重量基本参数、提供典型工况塔筒顶端处的机组载荷时程曲线；

5、步骤3：支撑结构设计方在相关仿真软件内建立支撑结构模型和机组模型，并赋予实际重量及重心信息；

6、步骤4：设计方将步骤2中的时程载荷施加在己方模型塔筒模型顶部，进而开展设计仿真计算，得到各典型工况塔筒底部载荷、系统运动响应；

7、步骤5：对比步骤1与步骤4得到的结果，若对比结果在一定限值或限值百分比内，则可以校验一体化设计结果的准确性；若对比结果超过项目允许的限值或限值百分比，则需重新校验相关参数、计算过程并进行修正，直到对比结果在一定限值或限值百分比内。

8、本发明所采用的技术方案为，为实现上述目的及其他相关目的，提供如下技术方案，一种漂浮式海上风电系统一体化设计校验方法：

9、一种漂浮式海上风电系统一体化设计校验方法，其特征在于，包括如下步骤：

10、步骤1：风电机组供应商使用漂浮式含有关键部件的机组参数，如：叶片、轮毂、轴承、控制系统参数；机组参数与简化的基础结构及系泊系统参数在仿真软件1中进行建模，得到一体化仿真模型，开展一体化计算，并得到待验证的一体化分析结果，包括各典型工况塔筒底部载荷、系统运动响应；

11、关于仿真软件：bladed、fast、sesam均可；blaed软件对于机组的模拟较为精细，所以风电机组厂商相对来讲比较喜欢使用；fast软件为开源软件，但由于其开源及无可视化的特性，保密性较差，可视化较差；当然也可以使用在步骤3中建议的sesam，缺点是部分关键部件无法在系统中设置或调整，但由于本专利提供的是一种方法，所以仿真软件1和仿真软件2可以不同，也可以相同；

12、风电机组供应商使用的软件侧重机组侧的计算精度，对于基础结构及系泊系统的计算输入参数需要简化；比如bladed软件无法考虑基础结构的细部结构，所以要做输入简化，保证重量、重心及转动惯量一致即可；

13、步骤2：同步地，在步骤1输出结果的基础上，额外输出典型工况塔筒顶端处的机组载荷时程曲线，并由风电机组供应商给到设计单位；

14、步骤3：为了验证一体化计算的准确性，设计单位在仿真软件2内建立详细的基础结构及系泊系统和简化的机组模型，不含叶片、轮毂、轴承、控制系统详细参数，并赋予实际重量及重心；

15、仿真软件可以采用sesam、aqwa、moses，特点是对于基础结构和系泊系统的模拟较为精细，但是对上部风电机组的模拟较为简化；同时fast软件也可以完成此功能，由于其开源及无可视化的特性，所以使用频率较低；同样地，bladed软因对于基础及系泊系统的简化，所以对于设计单位来讲，使用频率不高。由于本专利提供的是一种方法，所以仿真软件1和仿真软件2可以不同，也可以相同；

16、步骤4：设计单位将步骤2中的塔筒顶端处时程载荷施加在步骤3中的塔筒模型顶部(工况须一一对应)，进行仿真计算，得到各典型工况塔筒底部载荷、系统运动响应；

17、步骤5：对比步骤1与步骤4得到的结果，若对比结果在一定限值或限值百分比内，则可以校验一体化设计结果的准确性；若对比结果超过项目允许的限值或限值百分比，则重新校验相关参数、计算过程并进行修正，直到对比结果在一定限值或限值百分比内；

18、限值，可以协商决定，比如相差5％或者3％；

19、本技术的一种漂浮式海上风电系统一体化设计校验方法的技术方案，还包括如下技术特征：

20、优选的，步骤1中，一体化分析结果包括设计工况塔筒底部载荷、系统运动响应。

21、优选的，步骤3中，支撑结构模型包括基础平台及系泊系统。

22、优选的，步骤3中，机组模型包括塔筒、简化机舱模型。

23、优选的，步骤3中，赋予未建模的叶片、轮毂、轴承等组成风轮机舱组件整体重量及重心。

24、本发明具有以下有益效果：

25、本技术建立了漂浮式海上风电一体化设计整体方法；通过支撑结构模型和机组模型；完成工程解耦、设计边界；

26、本发明结合目前我国存在的风电机组关键参数无法传递的行业现状，支撑设计方需要验证一体化设计结果准确性的需求；本发明提供了一种在仅有风电机组常规重量、尺寸及荷载时程的情况下，校验漂浮式海上风电系统一体化设计结果准确性的方法。