大型海上风力发电高塔在服役过程中受到强风、巨浪等复杂环境荷载作用。在地震活跃的地区,地震作用对其影响同样十分显著。为了提高结构安全性和正常服役性能、延长疲劳寿命,从而降低发电成本,采用调谐液体柱形阻尼器( TLCD) 、调谐质量阻( TMD) 等被动控制装置进行海上风力发电高塔系统的性态控制逐渐引起关注。
传统振动控制一般假设随机激励为白噪声或过滤白噪声,在随机振动或Lyapunov 渐近稳定性理论框架下寻求控制目标均方响应最小,或者结合经典的结构动力可靠度理论获得可靠度并以之为控制目标。然而在土木工程与海洋工程中,地震、强风、巨浪等灾害性动力荷载在时间、空间和强度上均具有明显的非平稳、非正态性质,这对传统振动控制理论提出了挑战。
根据广义概率密度演化方程和物理随机最优控制的基本思想,针对TLCD提出了基于结构动力可靠度的参数最优化设计方法,并将TLCD 用于3.3MW 海上风力发电高塔在风-地震联合作用及地震作用下的减震控制。采用Kane 动力学-有限元数值模型进行风力发电高塔“塔体-桨叶”一体化建模,进一步建立TLCD-结构系统随机动力方程。根据结构动力可靠度极值分布求解方法,给出基于可靠度的TLCD 参数优化设计方法程序解答。在数值仿真分析中,通过对优化的受控系统进行随机反应分析与可靠度分析,比较了不同控制准则和约束条件下TLCD 减震控制效果。研究表明基于可靠度的随机最优控制方法可以实现结构可靠度最大化控制。
参考资料:刘文峰;陈建兵;李杰;《大型海上风力发电高塔随机最优减震控制》,2012年S2月,《土木工程学报》