[发明专利]考虑俯仰二阶定常波浪力矩的锚泊系统设计方法

说明书

本发明提供了一种考虑俯仰二阶定常波浪力矩的锚泊系统设计方法，包括步骤：计算目标平台的二阶定常水平波浪力和俯仰二阶定常波浪力矩传递函数在频域上的分布结果，获取二阶定常水平波浪力峰值和俯仰二阶定常波浪力矩传递函数在频域上的峰值；根据平台作业要求和风电机组机械结构要求，获取最大水平运动距离和最大俯仰运动角度；根据二阶定常水平波浪力峰值、俯仰二阶定常波浪力矩传递函数在频域上的峰值、最大水平运动距离和最大俯仰运动角度，计算目标水平运动回复刚度和目标俯仰运动回复刚度；通过遗传算法，计算得到符合回复刚度要求的锚泊系统参数。考虑了二阶定常波浪力矩传递函数，结合遗传算法设计浮式风机锚泊系统参数。

技术领域

本发明属于锚泊系统设计技术领域，具体涉及一种考虑俯仰二阶定常波浪力矩的锚泊系统设计方法。

背景技术

海上风力发电机组按支撑基础的类型可分为固定式和漂浮式。目前，国内已建成的海上风电场均采用固定式海上风机。随着水深不断增加，各种传统的固定式海上风机已难以满足深远海风能开发的要求，按照目前科研与工程水平，国际上普遍认为，当工作水深超过50米后，采用海上漂浮式风机基础与锚泊系统作为开发手段，具有更好的经济效益与更广阔的市场前景。其中，spar型浮式风电基础由于其重心在浮心之下、吃水较深、水线面较小等特点，在浮式风电发展中将扮演重要角色。

与传统的浮式油气平台相比，浮式风机增加了上部的塔架与叶片结构。其浮式基础在受到水动力载荷的同时，风机叶轮还会受到较大的气动载荷，带来较大的风倾力矩，从而引起较大的俯仰运动。然而，风电机组在发电时，由于其机械结构的限制，对风机俯仰运动的角度有严格的要求。由于传统浮式油气平台受到的风倾力矩较小，传统的锚泊系统的设计目标主要为限制平台的水平运动。针对spar型浮式风电基础的特点以及风电机组对俯仰运动的要求，有人提出了一种新型分布式锚泊系统设计方法，从而达到抑制俯仰运动的要求，如图1所示。但是目前这一设计仅停留在概念阶段，并未给出针对性的详细设计方法。

发明内容

为了克服上述技术缺陷，本发明提供了一种考虑俯仰二阶定常波浪力矩的锚泊系统设计方法，其能抑制风电机组的俯仰运动。

为了解决上述问题，本发明采用以下方案实现：

一种考虑俯仰二阶定常波浪力矩的锚泊系统设计方法，包括步骤：

计算目标平台的二阶定常水平波浪力和俯仰二阶定常波浪力矩传递函数在频域上的分布结果，获取二阶定常水平波浪力峰值和俯仰二阶定常波浪力矩传递函数在频域上的峰值；

根据平台的作业要求和风电机组机械的结构要求，获取最大水平运动距离和最大俯仰运动角度；

根据所述二阶定常水平波浪力峰值、所述俯仰二阶定常波浪力矩传递函数在频域上的峰值、所述最大水平运动距离和所述最大俯仰运动角度，计算目标水平运动回复刚度和目标俯仰运动回复刚度；

通过遗传算法，计算得到符合目标水平运动回复刚度和目标俯仰运动回复刚度的锚泊系统参数。

作为本发明的进一步改进，所述目标水平运动回复刚度＝所述二阶定常水平波浪力峰值/所述最大水平运动距离。

作为本发明的进一步改进，所述目标俯仰运动回复刚度＝所述俯仰二阶定常波浪力矩传递函数在频域上的峰值/所述最大俯仰运动角度。

作为本发明的进一步改进，所述通过遗传算法，计算得到符合回复刚度要求的锚泊系统参数的步骤，包括如下步骤：

种群初始化：将锚链按导缆孔位置分为两组，以每组锚链的变量组成遗传算法的设计变量空间，并在所述设计变量空间中随机生成若干个初始个体，构成初始种群；

选择过程：根据目标函数设置适值函数，计算种群中每个个体的适应度，并根据个体的适应度选择优选个体作为父代，用以生成子代个体；