[发明专利]应用风浪等效装置的浮式海上风电机组实验装置及其方法

说明书

本发明涉及海洋工程技术领域，一种应用风浪等效装置的浮式海上风电机组实验装置及其方法，其中实验方法包括以下步骤：(1)实验模型的制作，(2)气动荷载模拟系统参数的设定，(3)气动荷载模拟系统与监控单元的搭接，(4)监控单元与运动控制计算机的连接，(5)控制指令的发送，(6)运动状态的反馈。实验装置包括波浪等效装置的操作系统部分、风等效装置的操作系统部分及实验模型部分。该实验装置无需依赖波浪水池和造风装置，操控电动缸对六自由度平台加载力来模拟不同浪高、周期的波浪荷载下的运动状态，解决了对造风装置的功能和风场品质要求严格的问题，整个实验装置结构简单,易安装,操作方便,安全可靠。

技术领域

本发明涉及一种应用风浪等效装置的浮式海上风电机组实验装置及其方法，属于海洋工程技术领域。

背景技术

海上风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视，当海水水深超过50m时，浮式海上风电机组(FOWT)将具有更好的经济可行性。FOWT作为新兴的前沿学科领域，其耦合的风浪环境物理特性极其复杂且实际建设工程经验匮乏，相关数值研究需要更多地依赖物理模型试验进行验证，而如何真实地重现海上环境，提高FOWT模型试验研究的精度，是国内外学者普遍关注的问题。

对于浮式海上风电机组模型试验，目前波浪水池的风场普遍由可移动式风扇阵列产生，但是存在两大挑战：其一波浪水池试验中对造风装置的功能和风场品质要求非常高；其二弗劳德数与雷诺数相似准则不匹配。如何真实地重现海上环境，提高浮式海上风机模型试验研究的精度，成为国内外学者非常关注的一个问题，先进的浮式海上风电机组模型试验技术是我国海上风电开发的迫切需求。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种应用风浪等效装置的浮式海上风电机组实验装置及其方法。该实验装置中的实验模型部分是针对浮式海上风电机组的运动特征，设计出六自由度平台用来模拟波浪代替造风装置，模拟风电机组在具有不同浪高、周期的波浪荷载下的真实运动状态。

为了实现上述发明目的，解决已有技术中所存在的问题，本发明采取的技术方案是：一种应用风浪等效装置的浮式海上风电机组实验装置的实验方法，包括以下步骤：

步骤1、实验模型的制作，为保证实验模型与实体严格符合几何相似条件，需要在实验模型的制作与模拟过程中，要按照统一的实验模型缩尺比，实验模型在海洋工程水池中试验时，需对这些尺度参数以及外形设计尺寸进行换算，通过公式(1)进行描述，

式中，h_m为实验模型在试验时的水深、H_m为实验模型在试验时的波高、λ_m为实验模型在试验时的波长、h_s为实体在海上的实际水深、H_s为实体在海上的实际波高、λ_s为实体在海上的实际波长；

步骤2、气动荷载模拟系统参数的设定，在气动荷载模拟系统中进行浮式风电机组实际工作状态下叶片所受到风向、风速参数的设定；

步骤3、气动荷载模拟系统与监控单元的搭接，将气动荷载模拟系统与第一、二监控单元进行有效的搭接，便于实时监控浮式风机的工作状态，从而调整气动荷载模拟系统中的参数，进而更好地模拟实际工程中的工作状态；

步骤4、监控单元与运动控制计算机的连接，将第一、二监控单元与第一、二运动控制计算机通过以太网进行连接，便于实时监控浮式海上风电机组的工作状态，通过第一、二运动控制计算机对六自由度平台进行操控，进而更好地模拟浮式海上风电机组在实际工程中的工作状态；

步骤5、控制指令的发送，通过第一、二运动控制计算机向第一、二伺服驱动器发送控制指令，操控三个电动缸的运动来带动牵引线，进而使风机叶片产生运动，同时操控六个折返式电动缸带动六自由度平台产生运动；