[發明專利]一種海上風電抗臺風主被動減載控制系統

在審

• 申請號: 201710989452.0
• 申請日: 2017-10-23
• 公開（公告）號: CN107905946A
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發明（設計）人: 盛美萍;張翔鳶;黨志高;劉海林;趙璇
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: F03D7/02
• 分類號: F03D7/02;F03D13/25
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及海上風電領域，具體涉及一種海上風電抗臺風主被動減載控制系統。

背景技術

可再生能源是能源供應體系的重要組成部分。目前，全球可再生能源開發利用規模不斷擴大，應用成本快速下降，發展可再生能源已成為許多國家推進能源轉型的核心內容和應對氣候變化的重要途徑，也是我國推進能源轉型的重要措施。

風能是一種重要的可再生能源，儲量豐富，清潔無污染。據測算，我國離地面10m高度可開發利用的風能儲量約為10億kW，其中陸上約為2.5億kW，海上約為7.5億kW。風電是風能最重要的實現途徑。風電技術比較成熟，成本不斷下降，是目前應用規模最大的新能源發電方式。

東南沿海經濟發達，用電量大，大力發展海上風電，可有效緩解該區域的“電荒”危機。東南沿海是我國風電重點布局區域，然而臺風高發，嚴重威脅風電生存。以勇士風電場為例，超強臺風“威爾遜”導致該風電場33臺機組中18臺受損，其中13臺塔筒折斷，損失2億多元。除了我國東南沿海以外，全球臺風高發區還有西北太平洋、西北大西洋、孟加拉灣北部及沿海地區。在這些國家和地區發展風力發電，都存在抗臺風技術瓶頸問題。

目前，提高塔筒結構可靠性的主要措施包括：增大塔筒自身強度、增大連接件強度、降低塔筒高度、采用鋼混組合塔筒、采用三腳架塔筒等方法。增大塔筒自身強度和連接件強度勢必增加成本，降低塔筒高度勢必影響風力發電機組日常運營效率，因而都是不經濟的。采用鋼混組合塔筒雖然在一定程度上降低了成本，提高了結構可靠性，但成本較高，并且沒有改變塔筒的懸壁結構特點，而懸壁結構正是造成塔筒成本與結構可靠性矛盾的關鍵因素。

發明內容

本發明的目的在于克服現有海上風電支撐部件的不足，提出一種海上風電抗臺風主被動減載控制系統，以較低成本提高風機主體結構可靠性，增強海上風電抗臺風能力。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：一種海上風電抗臺風主被動減載控制系統主要由控制模塊、一級斜拉索、二級斜拉索、三級斜拉索、重力塊等部件構成。其中，一級斜拉索采取主動控制策略，臺風來臨時，迎風側的一級斜拉索在控制模塊作用下張緊，背風側的一級斜拉索在重力塊的作用下緊貼塔筒；臺風過后，迎風側的一級斜拉索在控制模塊作用下松弛，并在重力塊的作用下貼緊塔筒，背風側的一級斜拉索在重力塊的作用下緊貼塔筒。二級斜拉索和三級斜拉索采取被動控制策略，始終圍繞塔筒對稱拉緊。各級斜拉索協同作用，提高了風機主體結構的可靠性和穩定性，從而增強了風機在臺風中的生存能力。

為了提高抗臺風能力，本發明對各級斜拉索進行了合理布局。一級斜拉索上端與塔頂連接，下端延伸至海底與錨連接。二級斜拉索上端與距塔頂l₁處連接，下端延伸至海底與錨連接。三級斜拉索上端與距塔頂l₂處連接(l₂＞l₁，推薦l₁＝1/3，l₂＝2/3)，下端延伸至海底與錨連接。各級斜拉索均布于塔筒周圍n個方位(推薦n＝6)。

一級斜拉索的控制策略如下。與塔筒同軸建立圓柱空間，以各方位斜拉索的水平投影為實邊界，以相鄰實邊界的角平分線為虛邊界，將圓柱空間等分為2n個扇區。以與風向夾角最小的邊界為基準(如果風向恰好位于相鄰實邊界和虛邊界的角平分線上，則以該實邊界為基準)，向左右各掃描(360/n)°，得到(720/n)°的掃描區域。該區域的一級斜拉索拉緊，其余一級斜拉索松弛。

與現有技術相比，本發明具有如下優點：

(1)降成本——本發明采取主被動聯合減載策略，徹底否定了現有海上風電塔筒及基礎高成本強化技術，使單臺風機建造成本降低28％左右；

(2)抗臺風——采用本發明，在上述降成本的基礎上，力學性能反而提高了近50％，顯著提高了海上風電在臺風中的生存能力。

借助自動控制功能，根據風向確定斜拉索張緊或松弛，根據風載大小調節斜拉索的張緊力，建立張緊合力，獲得最佳抗風效果；

(3)易推廣——本發明可推廣至陸上風電抗強風設計、降成本設計和高塔筒設計，科技成果轉化前景廣闊。

附圖說明

圖1是一種海上風電抗臺風主被動減載控制系統的總體圖

圖2是一級斜拉索控制策略原理圖(以6個方位布置斜拉索為例)

其中：1.控制模塊，2.風電塔筒，3.一級斜拉索，4.二級斜拉索，5.三級斜拉索，6.重力塊，7.第一連接裝置，8.第二連接裝置，9.錨一，10.錨二。