ＳＣＡＤＡデータと高度化した空力弾性モデルを用いた洋上風力発電設備の動的応答予測

使用 SCADA 数据和先进气动弹性模型预测海上风力发电设施的动态响应

• 批准号: 13J09459
• 负责人: 福王 翔
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2013
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2013-04-01 至 2015-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13J09459/
• 关键词: 空力弾性解析; 三次元風速場の乱流モデル; 乱れスケール; 大型風車; 加振試験; 疲労寿命; 風車制御; 風力発電; 乱流モデル; 風速場; 動的応答解析; 構造同定; 損傷検知

近年風車の大型化が急速に進んでいる一方で，日本国内において疲労による風車の倒壊事故が多発しており，設計荷重の合理化および疲労寿命の予測精度向上のために風車の動的応答予測の高精度化が必要不可欠となっている．本研究では，空力弾性解析における風車の構造パラメータおよび三次元風速場の乱流モデルについてそれぞれ観測値に基づいた精緻化を行うことにより風車の動的応答予測の精度を向上させるとともに，モデルの精緻化による風車荷重への影響として地震荷重および発電時変動荷重による疲労寿命について定量的に評価を行った．まず構造モデルの構造パラメータについて，大型風車を対象に加振試験を実施し1次および2次モードに関して希少価値の高いデータを得ることができ，ブレード振動に伴う渦の効果を再現した空力弾性解析により構造減衰の評価を行った．次に風速場モデルについて，カルマンモデルを拡張することによりスペクトルと相関関数が互換性を持つ乱流モデルの提案および洋上風況観測に基づいたモデル検証を行い，大気中立時の乱流の空間構造について乱れスケールの評価を行いモデル化を行った．得られた乱流モデルを用いて風車空力弾性解析を行ったところ，既往モデルを使用した時と比べ変動荷重が観測値とよく一致した．最後に，倒壊事故が発生した風車のタワー高力ボルトの疲労荷重を評価するとともに構造パラメータおよび乱流モデルの精緻化による疲労寿命への影響について系統的な評価を行った．

近年来，随着风力发电机组尺寸的快速增大，日本风力发电机组因疲劳而倒塌事故频发。为了合理化设计载荷，提高疲劳寿命预测的准确性，对风力发电机组的动态响应进行预测。风力涡轮机的高精度已变得至关重要。本研究旨在通过基于观测值的气动弹性分析中风电机组结构参数和三维风场湍流模型的细化，提高预测风电机组动态响应的精度，并对模型进行细化。我们定量评估了地震载荷和发电过程中的脉动载荷对风力涡轮机变化引起的风力涡轮机载荷的影响所产生的疲劳寿命。首先，针对结构模型的结构参数，我们对大型风力发电机进行了激励试验，获得了有关主模态和次模态的有价值的数据。气动弹性分析再现了与叶片振动相关的涡流效应。使用以下方法进行评价。接下来，针对风场模型，通过扩展卡尔曼模型，提出了频谱与相关函数兼容的湍流模型，并基于海上风观测验证了该模型，并研究了大气中性条件下湍流的空间结构。扰动规模并创建了一个模型。当使用获得的湍流模型进行风力涡轮机气动弹性分析时，脉动载荷比使用现有模型时更好地匹配观测值。最后，对发生倒塌事故的风电机组塔筒高强螺栓进行了疲劳载荷评估，系统评价了结构参数和湍流模型的细化对疲劳寿命的影响。

项目成果

Modified von Karman model for offshore wind field generation

海上风场发电的修正冯卡门模型

• 发表时间: 2013
• 作者: Kimihito C Kawabata;Daichi Inoue;Jiro Kitaura;Hironori Harada;Toshio Kitamura;川畑 公人;川畑 公人;Kimihito C. Kawabata;川畑 公人;Kimihito C. Kawabata;Kimihito C. Kawabata;川畑 公人;川畑公人;福王翔，石原孟;Sho Oh;福王 翔;Shou Oh;Shou Oh
• 通讯作者: Shou Oh

風車発電時の風荷重とタワー高力ボルトの疲労荷重に関する研究

风电机组发电风荷载及塔筒高强螺栓疲劳载荷研究

• 发表时间: 2014
• 期刊: 第23回風工学シンポジウム論文集
• 作者: Kimihito C Kawabata;Daichi Inoue;Jiro Kitaura;Hironori Harada;Toshio Kitamura;川畑 公人;川畑 公人;Kimihito C. Kawabata;川畑 公人;Kimihito C. Kawabata;Kimihito C. Kawabata;川畑 公人;川畑公人;福王翔，石原孟
• 通讯作者: 福王翔，石原孟

An study on structural parameter of offshore wind turbine using active mass damper

采用主动质量阻尼器的海上风力发电机结构参数研究

• 发表时间: 2013
• 作者: Kimihito C Kawabata;Daichi Inoue;Jiro Kitaura;Hironori Harada;Toshio Kitamura;川畑 公人;川畑 公人;Kimihito C. Kawabata;川畑 公人;Kimihito C. Kawabata;Kimihito C. Kawabata;川畑 公人;川畑公人;福王翔，石原孟;Sho Oh;福王 翔;Shou Oh
• 通讯作者: Shou Oh

A modified con Karman model for the spectra and the spatial correlations of the offshore wind field

海上风场频谱和空间相关性的修正 con Karman 模型

• 发表时间: 2015
• 作者: Kimihito C Kawabata;Daichi Inoue;Jiro Kitaura;Hironori Harada;Toshio Kitamura;川畑 公人;川畑 公人;Kimihito C. Kawabata;川畑 公人;Kimihito C. Kawabata;Kimihito C. Kawabata;川畑 公人;川畑公人;福王翔，石原孟;Sho Oh
• 通讯作者: Sho Oh