[发明专利]一种利用半主动调频PTLCD控制保护的海上风力发电高塔

权利要求书

1.一种利用半主动调频PTLCD控制保护的海上风力发电高塔，特征是，在一般海上风力发电塔筒顶部安装一个PTLCD，同时配备结构振动加速度测量仪、数据采集器、气压测量仪、气泵和可编程控制器；

在可编程控制器运行两个软件模块：

（1）频率测量分析模块：利用加速度测量仪测量塔顶振动加速度时程，并将数据保存在数据采集器中，可编程控制器将对数据采集器存储的数据进行傅里叶分析，从而得到当前塔筒振动基频；

（2）气压调节模块：基于上述频率测量分析模块得到的当前塔筒振动基频，可编程控制器进一步利用式（2）得到最优控制效果下的PTLCD中两端空气柱的气压P₀；

（2）

g为重力加速度；L为PTLCD中液柱长度，P₀为PTLCD中气压；P_w为液体密度；h为PTLCD中气柱长度；

同时，两个气压测量仪可以分别测得PTLCD中当前的压强，分别记为P₁和P₂，其均值记为P_m，并记；当时，气泵将分别向PTLCD两端气柱中增压；当时，气泵将分别向PTLCD两端气柱中减压；

在实施过程中主要包含以下几个步骤：

（1）设计PTLCD：在设计PTLCD时，需要利用海上风力发电高塔整体结构振动频率的数值分析结果，然后参考一般的TLCD的设计流程，确定PTLCD的U型水箱尺寸、水的质量、隔水板的开孔大小；

（2）安装PTLCD：在设计完PTLCD之后，将其置于风力发电机机舱内部，PTLCD沿长度方向与机舱横风向平行，从而能够利用PTLCD对塔筒横风向振动进行控制；

（3）安装并设置频率测量分析模块仪器：将加速度传感器的采样频率设置为5Hz，并将其安装在塔顶位置；加速度传感器的数据输出端与数据采集器相连，设置数据采集器使其只保存最近三天的信号记录，数据采集器的数据输出端与控制器相连；

（4）安装气压测量和调节模块仪器：将两个气压测量仪分别固定在U型PTLCD两端密封端口内部，气压测量仪的信号输出端连接至控制器；气泵两个风口通道分别接入PTLCD两端，气泵由控制器进行控制；

（5）配置控制器：控制器一方面要对塔顶加速度信号进行傅里叶分析从而获得塔筒振动基频，并进一步利用式（2）给出目标气压P₀，在分析中需要设置控制器的加速度输入信号采样间隔为5Hz；另一方面，控制器还接收来自气压测量仪测得的PTLCD两端内部的气压，进而获得其平均值P_m；然后，控制器通过比较P₀和P_m进而向气泵发送指令，控制气泵对PTLCD两端内部气压进行调节，使其达到目标气压值；通过对控制器进行编程配置实现上述功能；

（6）首次安装使用：将上述仪器设备安装完毕后，启动加速度传感器和数据采集器，待采集20分钟数据后，再启动其它设备，从而得到结构实际振动频率并调节获得最优控制效果下的PTLCD两端内部气压；

（7） 日常调节：由于海上风力发电结构的频率随时间变换较为缓慢，在平常时间可以只打开加速度传感器和数据采集器的开关；对于PTLCD设备的其它部分，可利用海上风电设备定期检查维护的机会，每间隔1年或2年启动一次PTLCD其它设备的开关，让其自动分析风力机塔筒振动频率并对PTLCD两端内部气压进行调节，调节完毕后再关闭这些设备的开关。