湍流风推力控制以减小浮式风平台俯仰运动并改善转子运行
流体动力学
2026-01-06 v2
摘要
针对真实运行环境中浮式海上风力涡轮机(FOWTs)的动态分析，本文开发了一种适用于湍流风和不规则海况的气-水-系泊-伺服耦合模型，具有高计算效率。提出了一种带有平台运动反馈的改进转子控制策略，采用新颖的增益调度技术以缓解平台运动中的负阻尼效应，并将转子动力学与平台动力学解耦以获得更好的转子运行性能。首先，验证了底部固定风力涡轮机在稳定均匀风中的性能，湍流风测试表明，使用转子盘平均风速进行控制有利于减少风推力和运行参数的波动，相比使用轮毂高度风速。对于FOWT，在高于额定风速下使用基准控制时表现出的负阻尼现象通过一系列风和波浪情景得到了验证，并研究了控制策略和湍流风的影响。结果表明，改进的控制策略在保持转子转速小幅变化的同时消除了平台俯仰的负阻尼效应。尽管包含来自平台运动反馈的桨距补偿的恒定增益控制也能消除负阻尼效应，但它会产生更大的转子转速波动，并在大风速下导致超过20%安全阈值的更大超速。与稳定风相比，湍流风产生了显著更大的低频平台响应，并将最大转子转速提高了7.9%至23.7%（在所考虑的风速范围内）。
引用
@article{arxiv.2509.11707,
title = {Turbulent wind thrust control to reduce pitch motion of floating wind platforms with improved rotor operation},
author = {Yi Zhang and Peter Stansby and David Apsley and Hannah Mullings},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.11707},
year = {2026}
}
备注
Revised manuscript submitted to Renewable Energy