[發明專利]一種利用半主動調頻PTLCD控制保護的海上風力發電高塔

有效

• 申請號: 202011289594.4
• 申請日: 2020-11-17
• 公開（公告）號: CN112554359B
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發明（設計）人: 陳建兵;宋玉鵬;彭勇波;李杰
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: E04B1/98
• 分類號: E04B1/98;E04H9/14;F03D13/25
• 代理公司: 上?？坡蓪＠硎聞账?特殊普通合伙) 31290
• 代理人: 葉鳳

1.一種利用半主動調頻PTLCD控制保護的海上風力發電高塔，特征是，在一般海上風力發電塔筒頂部安裝一個PTLCD，同時配備結構振動加速度測量儀、數據采集器、氣壓測量儀、氣泵和可編程控制器；

在可編程控制器運行兩個軟件模塊：

（1）頻率測量分析模塊：利用加速度測量儀測量塔頂振動加速度時程，并將數據保存在數據采集器中，可編程控制器將對數據采集器存儲的數據進行傅里葉分析，從而得到當前塔筒振動基頻；

（2）氣壓調節模塊：基于上述頻率測量分析模塊得到的當前塔筒振動基頻，可編程控制器進一步利用式（2）得到最優控制效果下的PTLCD中兩端空氣柱的氣壓P₀；

（2）

g為重力加速度；L為PTLCD中液柱長度，P₀為PTLCD中氣壓；P_w為液體密度；h為PTLCD中氣柱長度；

同時，兩個氣壓測量儀可以分別測得PTLCD中當前的壓強，分別記為P₁和P₂，其均值記為P_m，并記；當時，氣泵將分別向PTLCD兩端氣柱中增壓；當時，氣泵將分別向PTLCD兩端氣柱中減壓；

在實施過程中主要包含以下幾個步驟：

（1）設計PTLCD：在設計PTLCD時，需要利用海上風力發電高塔整體結構振動頻率的數值分析結果，然后參考一般的TLCD的設計流程，確定PTLCD的U型水箱尺寸、水的質量、隔水板的開孔大?。?/p>

（2）安裝PTLCD：在設計完PTLCD之后，將其置于風力發電機機艙內部，PTLCD沿長度方向與機艙橫風向平行，從而能夠利用PTLCD對塔筒橫風向振動進行控制；

（3）安裝并設置頻率測量分析模塊儀器：將加速度傳感器的采樣頻率設置為5Hz，并將其安裝在塔頂位置；加速度傳感器的數據輸出端與數據采集器相連，設置數據采集器使其只保存最近三天的信號記錄，數據采集器的數據輸出端與控制器相連；

（4）安裝氣壓測量和調節模塊儀器：將兩個氣壓測量儀分別固定在U型PTLCD兩端密封端口內部，氣壓測量儀的信號輸出端連接至控制器；氣泵兩個風口通道分別接入PTLCD兩端，氣泵由控制器進行控制；

（5）配置控制器：控制器一方面要對塔頂加速度信號進行傅里葉分析從而獲得塔筒振動基頻，并進一步利用式（2）給出目標氣壓P₀，在分析中需要設置控制器的加速度輸入信號采樣間隔為5Hz；另一方面，控制器還接收來自氣壓測量儀測得的PTLCD兩端內部的氣壓，進而獲得其平均值P_m；然后，控制器通過比較P₀和P_m進而向氣泵發送指令，控制氣泵對PTLCD兩端內部氣壓進行調節，使其達到目標氣壓值；通過對控制器進行編程配置實現上述功能；

（6）首次安裝使用：將上述儀器設備安裝完畢后，啟動加速度傳感器和數據采集器，待采集20分鐘數據后，再啟動其它設備，從而得到結構實際振動頻率并調節獲得最優控制效果下的PTLCD兩端內部氣壓；

（7） 日常調節：由于海上風力發電結構的頻率隨時間變換較為緩慢，在平常時間可以只打開加速度傳感器和數據采集器的開關；對于PTLCD設備的其它部分，可利用海上風電設備定期檢查維護的機會，每間隔1年或2年啟動一次PTLCD其它設備的開關，讓其自動分析風力機塔筒振動頻率并對PTLCD兩端內部氣壓進行調節，調節完畢后再關閉這些設備的開關。