Seismic Dynamic Response Analysis of Offshore Wind Turbines Based on Monitoring Data and Quasi‑static Calculation

DU Peng; YANG Yang; CHENG Wei; LI Ming; XU Guangwei; SHEN Panpan

doi:10.13409/j.cnki.jdpme.20230710004

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Seismic Dynamic Response Analysis of Offshore Wind Turbines Based on Monitoring Data and Quasi‑static Calculation

更新时间：2024-06-26

- Seismic Dynamic Response Analysis of Offshore Wind Turbines Based on Monitoring Data and Quasi‑static Calculation
- Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering Vol. 44, Issue 3, Pages: 560-567(2024)
- 作者机构：
  
  1.三峡新能源盐城大丰有限公司，江苏盐城 224000
  2.同济大学土木工程学院，上海 200092
  3.上海勘测设计研究院有限公司，上海 200335
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.13409/j.cnki.jdpme.20230710004
  CLC： TV34
- Received：10 July 2023，
  
  Revised：2023-09-07，
  
  Published：25 June 2024
- 稿件说明：
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杜鹏,杨阳,成伟等.基于监测数据和拟静力方法的海上风机地震动力响应分析[J].防灾减灾工程学报,2024,44(03):560-567.

DU Peng,YANG Yang,CHENG Wei,et al.Seismic Dynamic Response Analysis of Offshore Wind Turbines Based on Monitoring Data and Quasi‑static Calculation[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2024,44(03):560-567.
杜鹏,杨阳,成伟等.基于监测数据和拟静力方法的海上风机地震动力响应分析[J].防灾减灾工程学报,2024,44(03):560-567. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20230710004.

DU Peng,YANG Yang,CHENG Wei,et al.Seismic Dynamic Response Analysis of Offshore Wind Turbines Based on Monitoring Data and Quasi‑static Calculation[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2024,44(03):560-567. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20230710004.

摘要

海上风机服役环境恶劣，我国大量海上风电项目紧邻东南沿海地震带和环太平洋地震带，地震活动频繁，严重威胁海上风机安全。我国近海地质条件复杂，既有深厚覆盖层软弱土海床，同时存在大范围浅覆盖层地质区域，属于抗震不利工程地质条件，海上风机的地震响应是工程及学术界研究的热点。依托国内某风电场项目，利用地震激励下单桩基础风机监测数据和拟静力分析对海上风机地震动力响应进行了分析。首先利用数据驱动的随机子空间方法（Data‑SSI）识别风机的频率、阻尼和振型；然后分析了风机不同测点加速度响应、频谱特性，同时采用小波变换，分析各测点响应的时频变化；最后采用拟静力计算方法，分析上部结构惯性力作用下，塔筒和单桩基础的响应情况，计算了上部结构惯性力作用下风机塔筒和基础的响应情况。结果表明，风机塔筒部分的最大加速度出现在塔筒中部，地震作用下风机体系的高阶模态可能更加显著；时频谱结果表明地震作用下，风机振动并非以一阶振型为主，风机顶端的频率变化比较复杂；风机水平变形及塔筒应力满足规范要求。分析结果可为评估海上风机安全提供参考，具有工程应用意义。

Abstract

Offshore wind turbines operate in harsh environments

with a significant number of projects in China situated near the Southeast coastal seismic zone and the Circum-Pacific seismic belt

where seismic activity is frequent

posing serious threats to offshore wind turbines safety. The geological conditions in China's nearshore areas are complex

characterized by both thick soft soil seabed

and extensive shallow geological regions with unfavorable seismic resistance conditions. The seismic response of offshore wind turbines (OWTs) is a hot topic in both engineering and academic research. In this paper

leveraging data from a domestic wind farm project

seismic response of OWTs were analyzed utilizing monitoring data from single-pile foundation turbines under seismic excitation and quasi-static analysis. Firstly

the Data-driven Stochastic Subspace Identification (Data-SSI) method was used to identify the frequency

damping

and mode shapes of the OWTs. Subsequently

the acceleration response and spectral characteristics at different measurement points were analyzed

and the time-frequency variations of the response at each measurement point were analyzed using wavelet transform method. Finally

employing the quasi-static calculation method

the responses of the tower and single-pile foundation under the action of inertial forces of the upper structure were analyzed and calculated. The results showed that the peak acceleration occurred at the middle of the turbine tower

and under seismic action

higher-order modes of the turbine system may be more significant. The time-frequency spectrum results showed that the turbine vibration was not predominantly governed by the first-order mode under seismic action

and the frequency variation at the top of the turbine was very complicated. The horizontal deformation of the turbine and stress in the tower met the regulatory requirements. The analysis results provide a reference for evaluating the safety of OWTs

and have engineering application significance.

关键词

Keywords

references

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