[发明专利]控制器、漂浮式风力发电机组及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，具体而言，涉及一种控制器、一种漂浮式风力发电机组及其控制方法。

背景技术

随着世界经济发展，人类对能源的需求不断增加，而受不可再生能源枯竭和环境保护的压力，绿色可再生能源得到了很大发展，尤其是风能。近年来，随着陆地风能资源的大量开发，以及陆地风能利用所受限制，如光影污染、噪声污染等，风能资源的开发已逐渐由陆上转向海上，而海上丰富的风能资源和技术的迅速发展，为海洋风电的发展提供了充分的条件。

目前海上商业风机的基础均为固定式基础，漂浮式基础尚处于试验和验证阶段。与固定式基础受海底地质条件及水深限制，且制造成本高、施工难度大的缺点相比，漂浮式基础具有成本相对较低、容易安装以及不受水深影响的优点，成为目前海上风机基础研究的热门课题。现有海上漂浮式基础或采用单台漂浮式基础安装一台大功率风电机组，未能充分利用基础，或采用组合漂浮式基础安装多台风电机组，基础间大型钢架结构增加了昂贵成本，或采用桁架漂浮式基础安装小型风机或与变异机组，不能与目前通用的大型风电机组相结合。

目前海上风机功率为2MW以上风电机组，一小部分风机制造商5/6MW海上风机已批量，已制造海上风机最大功率为7.5MW，而开发超大功率的风机(10MW及以上)则技术难度将大幅增加，相对而言海上漂浮式基础技术已相对成型。

由于自然界的风向是不断变化地，为了保证风轮对风，从风中获得尽可能多能量，风力发电机组需不断地调整其方向进行对风。通常大中型风力发电机组采用偏航驱动装置完成偏航。偏航装置如图3所示。

偏航电机1驱动偏航减速机2旋转，偏航减速机2的输出小齿轮与偏航回转支撑4的外齿相啮合，从而驱动整个机舱绕轴线8旋转，完成偏航。偏航回转支撑4外圈与塔架5通过螺栓连接，内圈通过螺栓与机舱底架3连接。随着风电机组功率的增大，偏航电机及偏航减速机的功率及结构尺寸也会增大，相应地，要求的安装空间、维护空间、机舱底架强度等要求都相应增加，最终导致整个偏航驱动机构的成本增加。

通常风力发电机组还设置有偏航制动装置，如图3所示，偏航摩擦盘6与塔筒通过螺栓连接，制动器7安装在机舱底架3上，不偏航时，制动器7全压抱紧摩擦盘6，保证风力发电机组机舱部分的稳定。

由于偏航回转机构部分整体结构重力较大，载荷较大，若采用传统电动偏航装置(如图3所示)，则势必需要很大功率的偏航电机及减速机进行驱动，同时对安装空间、维修空间的要求也很高，成本会大大增加。

因此，需要一种新的漂浮式风力发电机组的偏航技术，可以将变桨操作用于风电机组的偏航，大幅度减小了机组偏航驱动机构的功率及结构尺寸，降低了成本。

发明内容

本发明正是基于上述问题，提出了一种新的漂浮式风力发电机组的偏航技术，可以将变桨操作用于风电机组的偏航，大幅度减小了机组偏航驱动机构的功率及结构尺寸，降低了成本。

有鉴于此，本发明提出了一种控制器，用于漂浮式风力发电机组，所述漂浮式风力发电机组包含两个或两个以上风力发电机组，且所述风力发电机组以塔架的纵向轴线为对称轴、对称地安装在连接至所述塔架的支撑结构上，包括：信号采集单元，获取由机组测风装置测得的当前风速、以及所述风力发电机组的迎风方向与当前风向之间的偏差角度；角度判断单元，判断所述偏差角度是否达到预设的角度阈值；以及变桨偏航单元，在所述角度判断单元的判断结果为是的情况下，进行变桨偏航，其中，所述变桨偏航单元具体包括：角度计算子单元，根据所述当前风速计算每个所述风力发电机组的叶片的变桨角度；以及变桨处理子单元，生成对应于所述变桨角度的变桨信号，并将所述变桨信号发送至对应的风力发电机组，使所述风力发电机组的叶片实现变桨，从而使所述漂浮式风力发电机组实现偏航。

在该技术方案中，若风电机组(即风力发电机组)的迎风方向与实际上的当前风向之间的角度过大，则无法得到最大的能效，因而在这种情况下，需要对风电机组的迎风方向进行调整，即为偏航。由于使用了多台对称设置的风电机组，若对其中至少一台风电机组的叶片的迎风角度进行变化，则该风电机组的受力将会发生相应变化，并会导致与其他风电机组的受力不再对称，从而发生偏航。