一种张力腿浮式风机平台参数化设计方法和系统与流程

本发明涉及海上风电平台参数化设计，具体为一种张力腿浮式风机平台参数化设计方法和系统。

背景技术：

1、能源结构调整的需求推动着风电技术的发展，海上风电凭借着丰富、优质的资源优势受到广泛关注并呈现由近海向深远海的开发趋势。相应的，海上风机的支撑结构也从固定式基础逐渐演变为漂浮式基础。近年来，我国已完成漂浮式风机技术探索，实现了半潜型漂浮式风机样机示范。面向未来商业化漂浮式风场开发，规模化需求、大容量风机对漂浮式风机基础结构的设计、安装和整机动力特性提出了更高的要求。目前的技术探索表明现有基础型式在技术降本及规模化建造等方面前景有限，张力腿浮式风机具有占海面积小、结构型式简单、用钢量小、运动性能优良、风机友好等优点，是解决深远海浮式风电发展难题的可行路径之一。

2、当前，张力腿浮式风机系统设计方法及流程仍不成熟，通常做法为根据一组显性参数(通常为浮体主尺度)在建模软件中建模，得到质量、惯量、模型网格等结果，再将相关结果手动输入到仿真软件进行数值计算，并手动处理软件分析结果。根据相关标准和规范判断分析结果，再根据分析结果依据设计经验改变显式参数，重复上述流程，最终得到一组符合规范要求的显性参数。

3、现有方法及流程存在大量繁琐人工工作，存在设计过程主观性影响大、容易出错、单次过程费时等缺点，难以在设计早期阶段得到大量满足设计要求的方案。

技术实现思路

1、本发明的目的就在于为了解决上述至少一个技术问题而提供一种张力腿浮式风机平台参数化设计方法和系统。

2、第一方面，本发明实施例提供了一种张力腿浮式风机平台参数化设计方法，包括：基于浮体主尺度输入变量，计算浮体隐性参数；所述浮体主尺度输入变量包括浮体主尺度、塔筒截面参数和系泊系统初始参数；所述浮体隐性参数包括浮体质量、惯性张量、用于边界元势流求解的网格和静水回复刚度；基于所述浮体隐性参数，确定系泊系统搭建参数；所述系泊系统搭建参数包括系泊缆数量、系泊缆长度和系泊系统提供的回复刚度；基于所述系泊系统搭建参数对张力腿浮式风机平台进行建模，得到初始模型；对所述初始模型进行频域分析，得到频域分析结果，并基于所述频域分析结果对所述初始模型进行初步评估和筛选，得到初步筛选模型；对所述初步筛选模型进行时域分析，得到时域分析结果；基于所述频域分析结果和所述时域分析结果，对所述初步筛选模型进行参数验证。

3、进一步地，基于浮体主尺度输入变量，计算浮体隐性参数，包括：计算所述惯性张量：

4、

5、计算所述静水回复刚度：其中，c’为所述静水回复刚度，x为浮体中的坐标点，ρw为水密度，g为重力加速度，n为面元法向量，n3为垂直方向单位分量，α为物体转动角度，ξ为物体位置，sb表示积分面，x0表示物体转动参考点坐标。

6、进一步地，基于所述浮体隐性参数，确定系泊系统搭建参数，包括：计算所述系泊缆长度和系泊缆预应力：其中，l为所述系泊缆长度，f0为所述系泊缆预应力，b为浮体所受浮力，g为浮体重力，e为系泊缆刚度，a为系泊缆截面积，nline为系泊缆数量，h为浮体吃水深度，depth为总水深；计算所述系泊系统提供的回复刚度：

7、

8、式中，fline表示锚链预张力。

9、进一步地，对所述初始模型进行频域分析，包括：对所述初始模型进行流体动力学分析，求解不同频率、不同浪向下的流体动力学分析结果；基于所述浮体隐性参数、所述系泊系统搭建参数和所述流体动力学分析结果，计算所述张力腿浮式风机平台的幅值响应算子和固有频率。

10、进一步地，所述流体动力学分析结果包括：浮体附加质量，辐射阻尼，一阶波浪力。

11、进一步地，对所述初步筛选模型进行时域分析，包括：基于时程曲线做功率谱，确定所述初步筛选模型的时域幅值响应算子；基于雨流计数法与关键工况，确定不同工况下系泊系统的短期疲劳；基于全局极大值法，估计所述初步筛选模型在不同工况下塔筒关键节点及系泊系统的极值响应和机舱加速度响应极值。

12、进一步地，基于所述频域分析结果和所述时域分析结果，对所述初步筛选模型进行参数验证，包括：基于所述频域分析结果和所述时域分析结果，计算所述初步筛选模型的浮体水平最大偏移、垂直偏移、塔顶加速度和锚链强度；验证所述浮体水平最大偏移、所述垂直偏移、所述塔顶加速度和所述锚链强度是否在预设阈值范围内。

13、第二方面，本发明实施例还提供了一种张力腿浮式风机平台参数化设计系统，包括：计算模块，确定模块，建模模块，分析模块和验证模块；其中，所述计算模块，用于基于浮体主尺度输入变量，计算浮体隐性参数；所述浮体主尺度输入变量包括浮体主尺度、塔筒截面参数和系泊系统初始参数；所述浮体隐性参数包括浮体质量、惯性张量、用于边界元势流求解的网格和静水回复刚度；所述确定模块，用于基于所述浮体隐性参数，确定系泊系统搭建参数；所述系泊系统搭建参数包括系泊缆数量、系泊缆长度和系泊系统提供的回复刚度；所述建模模块，用于基于所述系泊系统搭建参数对张力腿浮式风机平台进行建模，得到初始模型；所述分析模块，用于对所述初始模型进行频域分析，得到频域分析结果，并基于所述频域分析结果对所述初始模型进行初步评估和筛选，得到初步筛选模型；所述分析模块，还用于对所述初步筛选模型进行时域分析，得到时域分析结果；所述验证模块，用于基于所述频域分析结果和所述时域分析结果，对所述初步筛选模型进行参数验证。

14、第三方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括：存储器、处理器和存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述第一方面所述的方法。

15、第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现如上述第一方面所述的方法。

16、本发明提供了一种张力腿浮式风机平台参数化设计方法和系统，包括建模阶段、频域分析阶段和时域分析阶段三个阶段；建模阶段通过显性参数求解后续分析必须的隐性参数，频域分析阶段通过耗时较少的频域方法对建模阶段给出的参数展开分析，时域分析阶段对结果再进行精细化分析。本发明提供的分析方法缓解了现有技术中存在的设计过程主观影响大、容易出错和单次过程费时的技术问题。

技术特征：

1.一种张力腿浮式风机平台参数化设计方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：基于浮体主尺度输入变量，计算浮体隐性参数，包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：基于所述浮体隐性参数，确定系泊系统搭建参数，包括：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：对所述初始模型进行频域分析，包括：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述流体动力学分析结果包括：浮体附加质量，辐射阻尼，一阶波浪力。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：对所述初步筛选模型进行时域分析，包括：

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：基于所述频域分析结果和所述时域分析结果，对所述初步筛选模型进行参数验证，包括：

8.一种张力腿浮式风机平台参数化设计系统，其特征在于，包括：计算模块，确定模块，建模模块，分析模块和验证模块；其中，

9.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器、处理器和存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-7任一项所述的方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现如权利要求1-7任一项所述的方法。

技术总结
本发明公开了一种张力腿浮式风机平台参数化设计方法和系统，涉及海上风电平台参数化设计技术领域，包括：基于浮体主尺度输入变量，计算浮体隐性参数；基于浮体隐性参数，确定系泊系统搭建参数；基于系泊系统搭建参数对张力腿浮式风机平台进行建模，得到初始模型；对初始模型进行频域分析，得到频域分析结果，并基于频域分析结果对初始模型进行初步评估和筛选，得到初步筛选模型；对初步筛选模型进行时域分析，得到时域分析结果；基于频域分析结果和时域分析结果，对初步筛选模型进行参数验证。本发明缓解了现有技术中存在的设计过程主观影响大、人工数据传递容易出错和单次过程费时的技术问题。

技术研发人员：喻西崇,尚景宏,秦梦飞,韩旭亮,刘小燕,李晶,栾辰宇,顾天悦,李欧萍
受保护的技术使用者：中海石油（中国）有限公司北京新能源分公司
技术研发日：
技术公布日：2024/11/26