[發(fā)明專利]一種海上漂浮式風(fēng)力發(fā)電設(shè)備動態(tài)晃動抑制方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110368535.4
• 申請日: 2021-04-06
• 公開（公告）號: CN113357081B
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 從飛云;黃新宇
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 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(wù)所(特殊普通合伙) 33283
• 代理人: 何碧珩

本發(fā)明提供一種海上漂浮式風(fēng)力發(fā)電設(shè)備動態(tài)晃動抑制裝置，包括空氣壓縮裝置、水下空氣噴嘴裝置、控制主板、風(fēng)力發(fā)電設(shè)備儲電模塊、風(fēng)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(shè)置在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的發(fā)電機(jī)及槳葉附近，所述水下空氣噴嘴裝置嵌入風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的壓載艙底部，所述傾角傳感器位于所述風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的機(jī)艙內(nèi)；本發(fā)明建立噴氣反作用力矩控制模型，形成抑制風(fēng)塔晃動的反向作用力矩，從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)塔的大角度晃動抑制，提高漂浮式海上風(fēng)電的安全可靠性和環(huán)境適應(yīng)能力。本發(fā)明在正常工作狀況下能利用風(fēng)能蓄電進(jìn)行壓縮空氣儲氣；在面對惡劣海況時能輸出反作用力輔助設(shè)備抑制傾斜，最大限度地保障風(fēng)力發(fā)電設(shè)備安全。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，主要涉及一種海上漂浮式風(fēng)力發(fā)電設(shè)備平衡的方法及裝置。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代化社會的不斷進(jìn)步、國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，由能源危機(jī)所帶來的問題日益嚴(yán)重。面對能源危機(jī)的日益嚴(yán)峻，全世界各國都在大力尋找新的能源來代替?zhèn)鹘y(tǒng)能源，以風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能、海洋能等為代表的新能源已經(jīng)成為目前能源發(fā)展的重要目標(biāo)，特別是風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電技術(shù)已經(jīng)日趨成熟且在當(dāng)今的電能使用已經(jīng)占有重要比例。

風(fēng)力發(fā)電設(shè)備在海洋上的工作狀況不同于陸地，浮體會隨著海浪和海風(fēng)做不規(guī)律的搖擺運(yùn)動，對風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的發(fā)電效率和設(shè)備的耐久性造成不良影響，尤其在惡劣海況下，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備大傾角晃動可能會導(dǎo)致嚴(yán)重后果。例如中國專利文獻(xiàn)CN108757338A公開了一種漂浮式風(fēng)電場平穩(wěn)與抗臺的風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，設(shè)置固定于海上平臺上的圓筒罐以及浮于圓筒罐內(nèi)的空心倒錐體，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和支撐塔可隨著圓筒罐內(nèi)的水位變化進(jìn)行升高或降低，有利于在臺風(fēng)等大風(fēng)來臨期間及時降低風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和支撐塔的位置高度，采用圓筒罐對設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，避免設(shè)備受到破壞，有效抵御臺風(fēng)等大風(fēng)襲擊，圓筒罐內(nèi)海水基本平穩(wěn)，能減少設(shè)備的搖晃幅度，提高設(shè)備運(yùn)行的平穩(wěn)性。例如中國專利CN104421107A公開了一種深海懸浮式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，包括從上到下依次設(shè)置的風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)、塔架和懸浮平臺，所述懸浮平臺通過纜索固定在海底；所述風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)包括橫向依次連接的風(fēng)機(jī)葉片、風(fēng)機(jī)軸和風(fēng)機(jī)機(jī)艙；所述風(fēng)機(jī)機(jī)艙和所述懸浮平臺內(nèi)均設(shè)有減振控制裝置。本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可有效抑制海風(fēng)載荷和海浪載荷引起的振動，確保深海懸浮風(fēng)電機(jī)組的安全高效生產(chǎn)；如何主動抑制海上漂浮式風(fēng)力發(fā)電設(shè)備在惡劣海況下晃動，對人類開發(fā)遠(yuǎn)海風(fēng)力發(fā)電技術(shù)具有非常重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種海上漂浮式風(fēng)力發(fā)電設(shè)備動態(tài)晃動抑制方法及裝置，通過安裝于風(fēng)塔頂端的傾角傳感器獲取風(fēng)塔實(shí)時傾角數(shù)據(jù)，對風(fēng)塔設(shè)備的傾斜角度、傾斜運(yùn)動速度進(jìn)行分析計算，結(jié)合水下的空氣噴嘴裝置建立噴氣反作用力矩控制模型，形成抑制風(fēng)塔晃動的反向作用力矩，從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)塔的大角度晃動抑制，提高漂浮式海上風(fēng)電的安全可靠性和環(huán)境適應(yīng)能力。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供一種海上漂浮式風(fēng)力發(fā)電設(shè)備動態(tài)晃動抑制裝置，包括空氣壓縮裝置、水下空氣噴嘴裝置、風(fēng)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(shè)置在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的發(fā)電機(jī)及槳葉附近，所述水下空氣噴嘴裝置嵌入風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的壓載艙底部，所述傾角傳感器和控制器位于所述風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的機(jī)艙內(nèi)。

優(yōu)選的，在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備正常工作時，利用風(fēng)能蓄電裝置以及壓縮儲氣裝置進(jìn)行空氣壓縮儲氣，儲氣裝置有多種方式，本文給出具體的兩種：第一種是通過齒輪箱轉(zhuǎn)軸帶動旋轉(zhuǎn)曲柄，利用旋轉(zhuǎn)曲柄推動氣缸活塞進(jìn)行空氣壓縮；第二種是利用電能驅(qū)動空氣壓縮機(jī)，同時釋放過剩電能。

進(jìn)一步地，所述水下空氣噴嘴裝置至少設(shè)有四個，所述水下空氣噴嘴裝置的高度低于浮體浮心和風(fēng)力發(fā)電設(shè)備重心，所述水下空氣噴嘴裝置的噴嘴與水平面平行，相鄰兩個所述水下空氣噴嘴裝置的噴嘴之間的夾角為90度。

進(jìn)一步地，所述噴嘴上設(shè)有電磁閥，所述傾角傳感器、所述電磁閥和風(fēng)能蓄電裝置電信號連接。