[发明专利]一种基于流固耦合模拟的光伏支撑系统风振计算方法

说明书

本发明公开了一种基于流固耦合模拟的光伏支撑系统风振计算方法，包括以下步骤：1)建立光伏支撑系统流体域和固体域的几何模型；2)分别对流体域和固体域进行网格划分；3)给定流体域和固体域的材料参数，初始条件和边界条件；4)将材料参数、初始条件和边界条件代入数值模型中，采用数值模拟方法求解得出风振响应；5)根据计算结果确定光伏支撑系统风振系数及响应的主频范围，指导光伏支撑系统的设计。本发明的计算方法以双向流固耦合理论模型作为基础，通过数值模拟来实现光伏支撑系统风振响应的计算，与光伏支撑系统实际风环境接近，可有效降低光伏工程项目建造成本。

技术领域

本发明涉及计算机数值模拟及CAE领域，特别涉及一种基于流固耦合模拟的光伏支撑系统风振计算方法。

背景技术

由于全球石油、煤炭越来越接近枯竭的严峻能源形势和污染日趋严重、气候日益变暖的生态环境压力，以及太阳能光伏发电技术的不断进步，世界很多国家和政府相继出台扶持政策，鼓励和支持太阳能发电。在太阳能光伏电站项目中，电气一次设备、二次设备成本相对固定，光伏支撑系统的设计是决定可变成本的主要因素，对光伏支撑设计起控制作用的工况是风荷载，准确计算光伏支撑系统的风振特性，可在保证光伏支撑系统刚度、强度、稳定性的前提下，优化支撑系统经济指标，对光伏行业的健康发展具有重要的意义。

现有的光伏支撑系统计算多为静力计算模型，无法准确考虑支撑系统在实际风脉动环境下的风振响应，造成支撑系统成本较高。

发明内容

基于此，本发明公开了一种基于流固耦合模拟的光伏支撑系统风振计算方法，包括如下步骤：

S100、建立几何模型：建立光伏支撑系统流体域和固体域的几何模型；

S200、网格划分：分别对流体域和固体域进行网格划分；

S300、建立数值模型：根据流体域和固体域的网格划分结果建立流固耦合算法数值模型；

S400、设定参数：设定流体域和固体域的材料参数，初始条件和边界条件；

S500、求解风振响应：将所述材料参数、初始条件和边界条件代入所述数值模型中，采用数值模拟方法求解得出风振响应；

S600、根据风振响应确定光伏支撑系统风振系数及响应的主频范围，并用于光伏支撑系统的设计。

附图说明

图1为本发明的一个实施例中生成的风速时程图及模拟的风速谱与目标谱的对照；其中图1(a)为生成的风速时程图，图1(b)为模拟的风速谱与目标谱的对照图；

图2为本发明的一个实施例中地面光伏电站中组件阵列的几何模型；

图3为本发明的一个实施例中光伏支撑系统位移云图；

图4为本发明的一个实施例中光伏支撑系统立柱顶点的位移时程图；

图5为本发明的一个实施例中光伏支撑系统斜撑的轴力时程图；

图6为本发明的一个实施例中屋顶光伏电站几何模型；

图7为本发明的一个实施例中流体域几何模型；

图8为本发明的一个实施例中流体域网格图与固体域网格图；其中图8(a)为流体域基于有限体积法的计算网格，图8(b)固体域基于有限元法的计算网格；

图9为本发明的一个实施例中固体域位移云图；

图10为本发明的一个实施例中支撑系统顶部某一点的位移历程及其功率谱密度曲线；其中图10(a)为支撑系统顶部某一点的位移历程曲线，图10(b)为支撑系统顶部某一点的功率谱密度曲线。

具体实施方式