[發明專利]一種海上漂浮式風力發電設備動態晃動抑制方法及裝置

有效

• 申請號: 202110368535.4
• 申請日: 2021-04-06
• 公開（公告）號: CN113357081B
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發明（設計）人: 從飛云;黃新宇
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: F03D7/04
• 分類號: F03D7/04;F03D17/00;F03D9/11;F03D9/17
• 代理公司: 杭州天昊專利代理事務所(特殊普通合伙) 33283
• 代理人: 何碧珩

1.一種海上漂浮式風力發電設備動態晃動抑制方法，其特征在于，所述方法為：

(1)在海況良好、風力發電站正常運行時，利用風能蓄電裝置驅動空氣壓縮裝置儲氣；

(2)傾角傳感器測量發電機的姿態參數；

(3)控制器預先確定姿態給定值，控制器從傾角傳感器獲得姿態參數，并根據姿態參數和姿態給定值確定各個方向所需推力，并且根據所需推力確定各個空氣噴嘴裝置的出口面積S；

(4)結合水下的空氣噴嘴裝置，由力矩平衡原理建立噴氣反作用力矩控制模型，得出環境產生的傾斜力矩M_I與水線面積慣性矩M_WP、扶正力矩M_IS、錨泊系統力矩M_MLA、海上風力發電設備平衡系統輸出力矩M_SP四者之和的力矩平衡公式；

(5)在風力等級過大或者惡劣海況導致風力發電站傾斜角度超過設定閾值時，通過水下空氣噴嘴裝置噴出儲存空氣，輸出海上風力發電設備平衡系統輸出力矩M_SP；

所述方法應用于抑制裝置，所述抑制裝置包括空氣壓縮裝置、水下空氣噴嘴裝置、風能蓄電裝置、傾角傳感器和控制器，所述空氣壓縮儲氣裝置設置在風力發電設備的發電機及槳葉附近，所述水下空氣噴嘴裝置嵌入風力發電設備的壓載艙底部，所述傾角傳感器和控制器位于所述風力發電設備的機艙內。

2.根據權利要求1所述的一種海上漂浮式風力發電設備動態晃動抑制方法，其特征在于，步驟(2)中，所述姿態參數包括：艏搖參數橫搖參數η₁和縱搖參數η₂；

由此傳感器可輸出風力發電設備當前傾角θ為：

3.根據權利要求1所述的一種海上漂浮式風力發電設備動態晃動抑制方法，其特征在于，步驟(3)中，所述水下空氣噴嘴裝置的出口面積通過調節噴嘴的輸出功率。

4.根據權利要求1所述的一種海上漂浮式風力發電設備動態晃動抑制方法，其特征在于，步驟(4)中，

傾斜力矩M_I由環境力矩的總和的水平分量F_env產生，傾斜力矩M_I的計算公式為：

其中，F_env是環境力總和；

z_CPenv是環境力總和F_env作用點到浮心的距離；

θ₃是風力發電設備與豎直方向傾角；

海上風力發電設備平衡系統輸出力矩M_SP的計算式為：

M_SP＝F_SPz_SPθ₃；

其中，F_SP是噴氣設備提供推力；

z_SP是噴氣設備深度；

θ₃是風力發電設備與豎直方向傾角；

當所述風力發電設備處于小傾角近似值內，水線面積慣性矩M_WP的計算式為：

M_WP＝ρgA_wθ₀；

其中，A_w是水線面面積；

θ₀是偏航傾斜角；

ρ是海水密度；

g是重力加速度；

當風力發電設備與豎直方向傾角θ₃在10°～15°以內時，應用初穩性公式將扶正力矩M_IS計算式為：

M_IS＝-Dhθ₃；

其中，D是排水量；

θ₃是風力發電設備與豎直方向傾角；

h是橫穩心高；

負號表示扶正力矩方向相反于傾斜角的方向；

假設錨泊線為普通懸鏈線，利用懸鏈線公式，計算得到錨泊系統力矩M_MLA為：

其中，S是懸鏈線長度；

w是浮重度；

z_MLA是錨泊系統作用點的深度；

θ₁是錨泊系統懸鏈線底部切線與水平面的夾角；

θ₂是錨泊系統懸鏈線頂部切線與水平面的夾角；

海上風力發電設備平衡系統輸出力矩M_SP計算式為：

M_SP＝F_SPz_SPθ₃；

其中，F_SP是噴氣設備提供推力；

z_SP是噴氣設備深度；

θ₃是風力發電設備與豎直方向傾角；

在以上浮體橫搖受力分析的基礎下，當風力發電設備偏航傾斜角度θ₀在8°以內時，由力矩平衡原理得到海上風力發電設備力矩平衡公式為：

M_I＝M_WP+M_IS+M_MLA+M_SP；

即