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大型海上漂浮式风电机组响应分析与稳定性控制研究

摘要

随着全球能源需求增加和环境保护意识的增强，海上风电作为一种清洁、可再生的能源形式，其发展前景备受关注。本研究针对大型海上漂浮式风电机组，系统分析了其在复杂海洋环境中的动态响应特性，并提出了相应的稳定性控制策略。通过建立多物理场耦合动力学模型，研究揭示了风浪流等多因素耦合作用对机组结构振动、载荷分布及发电效率的影响机制。实验结果显示，在极端海况下，漂浮式平台的横摇和垂荡运动显著影响机组的动态响应，而基于多变量反馈的主动控制方法能有效降低塔架顶部摆幅，提升发电功率。此外，研究还提出了针对浮体形状、配重分布及阻尼器参数的优化建议，并通过实验验证了这些建议的有效性。这些成果不仅为漂浮式风电机组的结构设计和控制策略优化提供了理论依据，也为推动深远海风电技术的商业化应用奠定了技术基础。

关键词：大型海上漂浮式风电机组；多物理场耦合分析；稳定性控制策略；实验验证；动态响应特性

ABSTRACT

Withtheincreasingglobaldemandforenergyandthegrowingawarenessofenvironmentalprotection,offshorewindpower,asacleanandrenewableformofenergy,hasattractedmuchattentionforitsdevelopmentprospects.Thisstudyfocusesonlargeoffshorefloatingwindturbinesandsystematicallyanalyzestheirdynamicresponsecharacteristicsincomplexmarineenvironments,andproposescorrespondingstabilitycontrolstrategies.Byestablishingamultiphysicscoupleddynamicmodel,thestudyrevealedtheinfluencemechanismofmultifactorcouplingeffectssuchaswind,waves,andcurrentsonthestructuralvibration,loaddistribution,andpowergenerationefficiencyoftheunit.Theexperimentalresultsshowthatunderextremeseaconditions,therollandheavemovementsofthefloatingplatformsignificantlyaffectthedynamicresponseoftheunit,whiletheactivecontrolmethodbasedonmultivariablefeedbackcaneffectivelyreducethetopswingofthetowerandimprovethepowergeneration.Inaddition,thestudyalsoproposedoptimizationsuggestionsfortheshapeofthefloatingbody,weightdistribution,anddamperparameters,andtheeffectivenessofthesesuggestionswasverifiedthroughexperiments.Theseachievementsnotonlyprovidetheoreticalbasisforthestructuraldesignandcontrolstrategyoptimizationoffloatingwindturbines,butalsolaythetechnicalfoundationforpromotingthecommercialapplicationofoffshorewindpowertechnology.

Keywords:largeoffshorefloatingwindturbines;Multiphysicsfieldcouplinganaly