海上风力机随机风场模拟及风振响应分析

柯世堂，王同光，曹九发，王珑（1. 南京航空航天大学 土木工程系，江苏 南京，10016；

海上风力机随机风场模拟及风振响应分析

柯世堂1， 2，王同光2，曹九发2，王珑2
（1. 南京航空航天大学 土木工程系，江苏 南京，210016；

2. 南京航空航天大学 江苏省风力机设计高技术研究重点实验室，江苏 南京，210016）

为研究海上风力机的风振特性，进行风力发电塔-轮系统的随机风场模拟和风振动力响应计算。采用谐波叠加法模拟塔架和风轮的来流风速时程，进而基于改进的叶素-动量理论（MBEM）模拟考虑风轮和塔架相干效应、风轮旋转效应的风轮脉动风速时程。结合已提出的柔性结构风振精细化频域计算方法“一致耦合法”，对海上风力发电系统结构进行风振动力响应和风振系数计算。研究结果表明：海上风力发电塔-轮系统的风振动力响应以共振效应为主，但背景响应和耦合项不能忽略，风振呈现多模态耦合和多振型响应2个显著特征；系统风振系数的分布差异较大，其中风轮尖部最大（2.35），塔架中下部位最小（1.40）。

海上风力机；随机风场模拟；风振响应；风振系数；一致耦合法

海上风电场技术相对于内陆风电场具有独特优势，未来必然会成为重要的可持续能源［1-3］。典型海上水平轴风力发电机组的显著特点是风轮、传动链、发电机等部件都放置在高耸细长的塔架之上，塔架的高度通常都要超过百米，且系统具有质量轻、阻尼小、自振频率低等结构特性，属于典型的风敏感结构［4-6］。针对海上风力发电机组的抗风研究，陈小波等［7］采用谐波叠加法进行了考虑空间相关性的海上风力发电机组随机风场模拟；……