(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210868701.1 (22)申请日 2022.07.22 (71)申请人 中国电建集团华 东勘测设计 研究院 有限公司 地址 310014 浙江省杭州市下城区潮王路 22号 (72)发明人 王鸿振　罗远林　赵悦　 (74)专利代理 机构 杭州九洲专利事务所有限公 司 33101 专利代理师 韩小燕　沈敏强 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 基于台风全过程工况的海上风电机组结构 动力分析方法 (57)摘要 本发明涉及一种基于台风全过程工况的海 上风电机组结构动力分析方法。 适用于新能源工 程中的海上风电技术领域。 本发 明所采用的技术 方案是： 基于用户选定的设计台风风场参数， 计 算得到风机从进入到脱离台风最大影响半径范 围期间该风机位置的平均风速 基于风机上 各典型点的高度和风机基准点处的平均风速 确定风机上各典型点的平均风速 基于风 机上各典型点的平均风速 和脉动风速v(z, t)确定风机 上各典型点的瞬 时风速V(z,t)； 基于 设计台风风场参数计算得到风机从进入到脱离 台风最大影响半径范围期间风机位置的风向角 θ(t)； 建立风机结构的有限元模型， 结合风机 上 各典型点对应部分的台风瞬时荷载， 开展动力时 程计算。 权利要求书4页 说明书9页 附图6页 CN 115310318 A 2022.11.08 CN 115310318 A 1.一种基于台风全过程工况的海上风电机组结构动力分析 方法， 其特 征在于： 基于用户选定的设计 台风风场 参数， 计算得到风机从进入到脱离台风最大影响半径范 围期间该风机位置的平均风速 基于风机上各典型点的高度和风机基准点处的平均风速 确定风机上各典型点的平 均风速 以用户选定 的von Karman功率谱作为标准谱， 采用谐波叠加方法进行模拟， 计算风机 上各典型点的脉动风速v(z,t)； 基于风机上各典型点的平均风速 和脉动风速v(z,t)确定风机上各典型点的瞬时 风速V(z,t)； 基于设计台风风场参数计算得到风机从进入到脱离台风最大影响半径范围期间风机 位置的风向角 θ(t)； 将风机上各典型点的瞬时风速V(z,t)按风向角 θ(t)进行垂直分解， 得到各典型点正交 方向的瞬时风速Vx(z,t)和Vy(z,t)； 基于风机上各典型点正 交方向的瞬时风速Vx(z,t)和Vy(z,t)计算风机上各典型点对应 部分的台风瞬时荷载； 建立风机结构的有限元模型， 结合风机上各典型点对应部分的台风瞬时荷载， 开展动 力时程计算。 2.根据权利要求1所述的基于台风全过程工况的海上风电机组结构动力分析方法， 其 特征在于， 所述基于用户选定的设计台风风场参数， 计算得到风机从进入到脱离台风最大 影响半径范围期间该风机位置的平均风速 包括： 获取用户选定的设计台风风场参数包括设计台风的风场最大平均风速 及对应的最 大风速半径R1， 设计台风的最大影响半径R2及对应的切出风速 以及台风中心路径的方 向和移动速度Vw； 基于台风最大影响半径R2、 风机到台风中心移动路径的垂直距 离L和台风中心的移动速 度Vw计算得到风机从进入到脱离台风最大影响半径范围期间该风机与 台风中心之间的距 离S(t)； 基于风机与台风中心之间的距离S(t)及设计台风的最大风速半径R1、 风场最大平均风 速 确定风机从进入到脱离台风 最大影响半径范围期间该风机位置的平均风速 3.根据权利要求2所述的基于台风全过程工况的海上风电机组结构动力分析方法， 其 特征在于： 所述基于风机与台风中心之间的距离S(t)为 所述风机位置的平均风速 为：权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115310318 A 24.根据权利要求1所述的基于台风全过程工况的海上风电机组结构动力分析方法， 其 特征在于， 所述基于风机上各典型点的高度和风机基准点处的平均风速 确定风机上各 典型点的平均风速 包括： 式中， z为离海平面高度； α 为 风速廓线指数。 5.根据权利要求1所述的基于台风全过程工况的海上风电机组结构动力分析方法， 其 特征在于， 所述以用户选定的von  Karman功率谱作为标准谱， 计算风机上各典型点的脉动 风速v(z,t)， 包括： (1)选定von Karman功率谱作为标准谱， 按下式计算功率谱密度函数： 式中， ω为脉动风的圆频率， 为风机进入台风影响范围内的第 一个10min 时间段的平 均风速； V*为摩擦速度， 为纵向湍流积分尺度； z'＝1000·z00.18 式中， z0为地表粗糙长度； (2)根据各点的自功率谱Sii(ω)， 按下式计算互功率谱Sij(ω)： 式中， cohij(ω)为相干函数， 可由各点的相对位置坐标求得； (3)将功率谱进行离 散化， 在频域范围0～ωu内划分成N份， 则频率增量 为 其中， ωu为上限截止频率； 得到N个离 散化的功率谱矩阵[ Sij(ω)]； (4)将功率谱矩阵进行C hlesky分解， 得到下三角矩阵[H(ω)]； S(ω)＝H(ω)HT*(ω) (5)基于下三角矩阵[H(ω)]开展谐波叠加， 得到各典型点的10mi n脉动风速时程：权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115310318 A 3