[发明专利]深海悬浮式风力发电机组的主动平衡控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种平衡控制系统，特别是一种深海悬浮式风力发电机组的主动平衡控制系统。

背景技术

随着全球能源短缺、能源供应安全形势的日趋严峻，可再生能源以其清洁、安全、永续的特点，在各国能源战略中的地位不断提高。风能作为可再生能源中成本较低、技术较成熟、可靠性较高的新能源，近年来发展很快并在新能源供应中发挥重要作用。

我国的风力发电在20世纪80年代开始发展。2010年，我国除台湾省外其他地区共新增风电装机18.93GW，保持全球新增装机容量第一的排名。中国正在对漫长海岸线上的海上风电开发前景进行细致的调研。2010年，首批海上风电项目——上海东海大桥10万KW已完成组装，安装了34台华锐3MW风机。海上风电的开发和建设，将为可再生能源的发展做出重要贡献。

海上风电机组中，悬浮式海上风电机组安装简单，便于迁移和制造，而且安装成本比海上塔架式风电机组低，得到了广泛的应用。

但海风的风力等级相比陆地风力等级要大很多，一旦遇到风速过大或者海浪过大，这些悬浮式风电机组倾斜角度会比较大，极易发生整体倾翻甚至毁机的事故。而且现有设计中对风电机组的控制基本都是被动式的，多数都是发现故障进行维修，缺少主动性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种深海悬浮式风力发电机组的主动平衡控制系统，克服了现有深海悬浮风力发电机组被动平衡控制存在的缺陷。

为了解决上述的技术问题，本发明的技术方案是：一种深海悬浮式风力发电机组的主动平衡控制系统，包括风机、塔架、悬浮平台、斜拉钢缆以及控制风机工作的风机中心控制器，所述风机安装在塔架上，塔架树立在悬浮平台上，悬浮平台通过斜拉钢缆连接在混凝土墩上。

所述悬浮平台上还设置有监测悬浮平台倾斜角度的传感器、集成在风机中心控制器中的实时平衡控制模块和螺旋桨，传感器实时监测悬浮平台倾斜角度信号，实时平衡控制模块接收倾斜角度信号，经过分析计算控制螺旋桨工作维持风机保持平衡。

所述风机、塔架、悬浮平台、斜拉钢索及混凝土墩组成整体的重心位于水面以下，以保证在风机正常运转过程中，轻微的倾斜不致使风机倾翻。

悬浮平台上对称安装有三根斜拉钢缆，用于牵引悬浮平台，斜拉钢缆对悬浮平台没有支撑作用，仅有限制平台在一定范围内的作用。

所述风机中心控制器通过蓄电池供电，风机正常工作时，通过转换器给蓄电池充电，以保证其能够正常提供控制器所需电能。

所述悬浮平台下装有对称的三个螺旋桨，螺旋桨控制计算方法如下：

三个螺旋桨分别标记为A、B、C，在X轴螺旋桨A附近安装传感器，风机倾斜时，传感器测得X轴剖面倾斜角度为α，Y轴剖面倾斜角度为β；

中心控制器接受的信号为：

θ_o＝(α，β)^T

螺旋桨机构状态方程为：N＝(n_A，n_B，n_C)^T

其中，n_A、n_B、n_C可为正，可为负，分别表示螺旋桨A、B、C的转速，当为负时，代表螺旋桨反转，当为正时，代表螺旋桨正转，螺旋桨转速方向不同，推力方向相反；

海上风浪较小时，风机状态近似为平衡状态，此时中心控制器接收的信号为：

θ_o＝(η，ξ)^T

其中，η，ξ代表悬浮平台在X轴，Y轴倾斜的较小角度；

可以得出初始螺旋桨机构转速：

N₀＝(0，0，0)^T，N₀＝f(θ_o)

风电机组倾斜时，传感器感应倾斜角度，此时中心控制器接收的信号为：

θ＝(α，β)^T

其中α为X轴剖面倾斜角度，β为Y轴剖面倾斜角度；

可分析计算得出为保持平衡此时螺旋桨应有的转速：

N＝(n_A，n_B，n_C)^T，N＝f(θ)

本发明深海悬浮式的的主动平衡控制系统能有效的防止由于风速较高或海浪较大而引起的倾斜甚至倾翻，确保风电机组安全，提高风力发电效率。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。