漂浮式风机纵摇模态阻尼特性及变桨控制优化

作     者：顾晓庆 梁栋炀 束加庆 竺明星 石鑫 

作者机构：中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司 中国电力工程顾问集团中南电力设计院 江苏科技大学 清华大学能源互联网创新研究院 

出 版 物：《高电压技术》 (High Voltage Engineering)

年 卷 期：2025年

核心收录：

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金(52201324 62373148) 

主　　题：漂浮式风机 负阻尼 纵摇运动 统一变桨 独立变桨 风浪耦合 

摘      要：为了探究漂浮式风机闭环变桨控制与浮体纵摇模态的耦合机理，揭示“负阻尼产生的原因，并开发功率调节-运动抑制-载荷降低的多目标变桨控制策略，首先建立气弹-水动-伺服多因素作用下的半潜漂浮式风机纵摇模态单自由度运动模型，定量分析美国可再生能源实验室(National Renewable Energy Laboratory， NREL) 5 MW和国际能源署(International Energy Agency， IEA)15 MW半潜漂浮式风机纵摇模态阻尼特性，揭示变桨控制作用下漂浮式风机纵摇模态可能出现负阻尼的原因，并分析其影响范围，给出变桨控制策略优化方向。然后，基于漂浮式风机纵摇模态阻尼特性分析，提出改进的增益调度统一变桨控制策略，并设计独立变桨控制器。最后，在OpenFAST/Simulink联合仿真平台下，以NREL 5 MW和IEA 15 MW半潜漂浮式风机为参考机型，分析不同控制器参数和控制策略在大范围变工况风浪载荷环境下的多目标变桨控制性能，以验证所提出控制策略的有效性。研究结果可为未来漂浮式风机变桨控制提供参考。