【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于光伏發電，具體涉及光伏柔性支撐系統靜風失穩臨界風速預測及相關裝置。
技術介紹
1、光伏柔性支架作為一種新型的太陽能發電系統支撐結構，近年來在光伏發電領域得到了廣泛的應用。與傳統的剛性支架相比，柔性支架具有土地綜合利用效率高、安裝方便、適應性強等優點，尤其適用于地形復雜區域。
2、然而，光伏柔性支架為大跨度柔性索結構，對風荷載較為敏感。風的靜力作用通過光伏組件傳遞至組件索，導致其發生彎曲和扭轉變形，一方面改變了結構剛度，另一方面因結構姿態的變化改變了風荷載的大小，隨著風速的增長，當組件索的結構變形引起的抗力增量小于外荷載增量時，就會發生靜風失穩，主要表現為由升力矩作用引起的扭轉發散。靜風失穩是靜力風荷載與結構變形耦合作用的一種體現，初始風攻角、靜風三分力系數、雷諾數、非線性、紊流等是影響光伏柔性支撐系統靜風穩定性能的主要因素，與柔性支撐系統的風致動力失穩相比，靜風失穩發生前沒有任何先兆、突發性強，危險性更大，應絕對避免其發生。
3、傳統的靜風穩定性分析方法基于機翼斷面推導的理論公式計算，這一方法基于線性假定，忽略了結構幾何、材料和靜風荷載非線性影響，在一定程度上會過高估計靜風失穩風速，導致設計的光伏組件的固定方式可能不夠穩固，在風荷載的長期作用下，光伏組件可能因固定不穩而發生松動或位移，進而影響其接收太陽能的效率，還會增加支架變形、損壞甚至傾覆的風險；光伏柔性支撐系統的靜風穩定性檢驗也可通過風洞試驗實現，但風洞試驗的費用又相對較高，所有光伏柔性支架項目均通過風洞試驗檢驗靜風穩定性會提高項目建設
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于提供光伏柔性支撐系統靜風失穩臨界風速預測及相關裝置，具有較強通用性，能夠有效減少風洞試驗次數，降低工程建設成本。
2、為了實現上述目的，本專利技術采用如下技術方案：
3、第一方面，本專利技術提供光伏柔性支撐系統靜風失穩臨界風速預測方法，包括：
4、獲取不同風攻角下光伏組件靜風三分力系數；
5、基于初始風速和光伏組件靜風三分力系數，計算初始風速下光伏組件所受靜風荷載；
6、基于靜風荷載構建結構平衡方程，求解結構平衡方程，得到結構位移矩陣，從結構位移矩陣中提取光伏組件扭轉角；
7、根據光伏組件扭轉角更新靜風三分力系數和靜風荷載；
8、在靜風三分力系數歐幾里得范數收斂的條件下，增加風速，更新結構位移矩陣，直至發生靜風失穩狀態，靜風失穩狀態下的風速或靜風失穩狀態下的風速的前一次風速為光伏柔性支撐系統的靜風失穩臨界風速。
9、進一步的，通過風洞實驗或者計算流體力學獲取不同風攻角下光伏組件靜風三分力系數。
10、進一步的，基于初始風速和光伏組件靜風三分力系數，計算初始風速下光伏組件所受靜風荷載，包括：
11、計算柔性支撐系統中光伏組件所受到的阻力、升力與升力矩：
12、
13、
14、
15、式中，、和分別為風攻角時光伏組件受到的阻力、升力和升力矩；為空氣密度；為平均風速；、和分別為風攻角時光伏組件的阻力系數、升力系數和升力矩系數；為光伏組件厚度；為光伏組件寬度；
16、分別定義整體坐標系、體軸坐標系和風軸坐標系；按下式將式（1）至式（3）的靜風三分力轉換至整體坐標系，得到整體坐標系中的橫向力、豎向力和扭矩：
17、
18、
19、
20、式中，、和分別為整體坐標系中的橫向力、豎向力和扭矩；為初始風攻角；為考慮了組件索變形后的有效風攻角。
21、進一步的，采用newton-raphson迭代法求解結構平衡方程。
22、進一步的，結構平衡方程為：
23、式中，為結構線彈性剛度矩陣；為結構幾何剛度矩陣；與分別為自重與風荷載；為結構位移；為結構位移矩陣；為靜風荷載矩陣。
24、進一步的，靜風三分力系數歐幾里得范數收斂通過下式判斷：
25、
26、式中，為光伏組件受到靜風荷載作用的節點總數；為受到靜風荷載作用的節點編號；為當前迭代步光伏組件的阻力、升力和升力矩系數；為上一迭代步光伏組件的阻力、升力和升力矩系數；為受到靜風荷載作用的第個節點的有效風攻角；是相應的歐幾里得范數收斂容差。
27、進一步的，若在某一級風速下，出現迭代不收斂，則恢復到上一級風速狀態，縮短步長，重新計算，直至相鄰兩次風速之差小于預定值為止。
28、第二方面，本專利技術提供光伏柔性支撐系統靜風失穩臨界風速預測系統，包括：
29、獲取模塊，用于獲取不同攻角下光伏組件靜風三分力系數；
30、靜風荷載計算模塊，用于基于初始風速和光伏組件靜風三分力系數，計算初始風速下光伏組件所受靜風荷載；
31、求解模塊，用于基于靜風荷載構建結構平衡方程，求解結構平衡方程，得到結構位移矩陣，從結構位移矩陣中提取光伏組件扭轉角；
32、迭代模塊，用于根據光伏組件扭轉角更新靜風三分力系數和靜風荷載；在靜風三分力系數歐幾里得范數收斂的條件下，增加風速，更新結構位移矩陣，直至發生靜風失穩狀態，靜風失穩狀態下的風速或靜風失穩狀態下的風速的前一次風速為光伏柔性支撐系統的靜風失穩臨界風速。
33、第三方面，本專利技術提供一種電子設備，包括：
34、至少一個處理器；以及，
35、與所述至少一個處理器通信連接的存儲器；其中，
36、所述存儲器存儲有可被所述至少一個處理器執行的指令，所述指令被所述至少一個處理器執行，以使所述至少一個處理器能夠執行如本專利技術第一方面中任一項所述的光伏柔性支撐系統靜風失穩臨界風速預測方法。
37、第四方面，本專利技術提供一種計算機可讀存儲介質，存儲有計算機程序，所述計算機程序被處理器執行時實現本專利技術第一方面中任一項所述的光伏柔性支撐系統靜風失穩臨界風速預測方法。
38、與現有技術相比，本專利技術至少具有以下有益的技術效果：
39、本專利技術基于有限元方法，采用荷載增量與內外兩重迭代相結合的方式，增量法將風速按指定步長增加，內層迭代進行結構非線性計算，外層迭代判別光伏組件在該風速下光伏組件是否達到平衡位置。綜合考慮靜力風荷載非線性和幾何非線性，以光伏組件只承受恒載為初始狀態，利用優化迭代算法對結構進行非線性靜風穩定的全過程分析。本專利技術所述方法可以通過風洞試驗一次性獲取光伏組件不同風攻角下的靜風三分力系數，針對不同項目或者項目不同方案無需定制化設計風洞試驗，具有較強通用性，能夠有效減少風洞試驗次數，降低工程建設成本。
40、采用本專利技術提供的一種光伏柔性支撐系統靜風失穩臨界風速預測方法，在結構設計階段通過控制光伏柔性支架靜風失穩臨界風速高于項目所在地25年一遇設計風速，從而有效避免光伏柔性支架服役期內發生靜風失穩現象，提高光伏電站可靠性，降低系統破壞和加固維修期間發電量減少帶來的經濟損失。本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.光伏柔性支撐系統靜風失穩臨界風速預測方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的光伏柔性支撐系統靜風失穩臨界風速預測方法，其特征在于，通過風洞實驗或者計算流體力學獲取不同風攻角下光伏組件靜風三分力系數。
3.根據權利要求1所述的光伏柔性支撐系統靜風失穩臨界風速預測方法，其特征在于，所述基于初始風速和光伏組件靜風三分力系數，計算初始風速下光伏組件所受靜風荷載，包括：
4.根據權利要求1所述的光伏柔性支撐系統靜風失穩臨界風速預測方法，其特征在于，采用Newton-Raphson迭代法求解結構平衡方程。
5.根據權利要求1所述的光伏柔性支撐系統靜風失穩臨界風速預測方法，其特征在于，所述結構平衡方程為：
6.根據權利要求1所述的光伏柔性支撐系統靜風失穩臨界風速預測方法，其特征在于，所述靜風三分力系數歐幾里得范數收斂通過下式判斷：
7.根據權利要求1所述的光伏柔性支撐系統靜風失穩臨界風速預測方法，其特征在于，若在某一級風速下，出現迭代不收斂，則恢復到上一級風速狀態，縮短步長，重新計算，直至相鄰兩次風速之差小于
8.光伏柔性支撐系統靜風失穩臨界風速預測系統，其特征在于，包括：
9.一種電子設備，其特征在于，包括：
10.一種計算機可讀存儲介質，存儲有計算機程序，其特征在于，所述計算機程序被處理器執行時實現權利要求1至7中任一項所述的光伏柔性支撐系統靜風失穩臨界風速預測方法。
...【技術特征摘要】
1.光伏柔性支撐系統靜風失穩臨界風速預測方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的光伏柔性支撐系統靜風失穩臨界風速預測方法，其特征在于，通過風洞實驗或者計算流體力學獲取不同風攻角下光伏組件靜風三分力系數。
3.根據權利要求1所述的光伏柔性支撐系統靜風失穩臨界風速預測方法，其特征在于，所述基于初始風速和光伏組件靜風三分力系數，計算初始風速下光伏組件所受靜風荷載，包括：
4.根據權利要求1所述的光伏柔性支撐系統靜風失穩臨界風速預測方法，其特征在于，采用newton-raphson迭代法求解結構平衡方程。
5.根據權利要求1所述的光伏柔性支撐系統靜風失穩臨界風速預測方法，其特征在于，所述結構平衡方程...
【專利技術屬性】
技術研發人員：劉圣源，蔣河川，張曉朝，張紅星，宋戈，齊國營，劉衛軍，郝心童，韓志杰，付赟江，張立英，郝華庚，劉昱輝，高建輝，張及，
申請(專利權)人：華能陜西靖邊電力有限公司，
類型：發明
國別省市：
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