基于AR模型的海上風機脈動風速時程模擬

駱光杰，朱洪澤，郭 健，蘇 凱，3，4

(1.浙江華東工程咨詢有限公司，浙江 杭州 310014；2.水資源與水電工程科學國家重點實驗室(武漢大學)，湖北 武漢 430072；3.武漢大學水工巖石力學教育部重點實驗室，湖北 武漢 430072；4.武漢大學海綿城市建設水系統湖北省重點實驗室，湖北 武漢 430072)

0 引 言

近年來風電新能源行業不斷發展，近海風機由于其具備占地少、噪音小，風資源豐富等優勢[1]成為當前風電能源發展的首選。對于兆瓦級風機而言，由于結構高聳且柔性較大，同時，海上運行條件復雜多變，尤其以風荷載變化最為明顯，對結構安全提出了嚴峻考驗。無論采用葉素-動量定理[2]或簡化伯努利方程[3]計算風機荷載，還是通過指數律風輪廓線計算塔筒風荷載[4-5]，均需要首先獲取結構風速變化情況。重大工程建設中，常采用風洞試驗或現場實測等手段確定風荷載，但前者耗資巨大，并且結果不具普適性[6]，后者存在布設困難，并難以獲取整體風場分布情況。基于數值模擬方法，可利用較少數據快速獲取大量代表性風速時程曲線，在風機結構設計和強度校核過程中，具備突出的作用和意義。相關數值模擬方法主要有線性濾波法、諧波疊加法、逆傅里葉變換法、小波分析法等[7]，不同方法存在各自優缺點，但線性濾波法中自回歸模型(Auto-regressive model， AR)擁有計算量小和速度快的特點，近年來在相關領域研究中使用較多。溫鵬等[8]通過自回歸算法對陸上風機進行風速模擬，同時利用模型殘差平方和進行模型階數判定；……