[发明专利]一种漂浮式风力机及其振荡水柱波浪能装置的控制方法

权利要求书

1.一种漂浮式风力机，其特征在于包括漂浮式平台、配合安装于漂浮式平台上的塔筒、配合安装于塔筒上的风机、振荡水柱波浪能装置及控制模块，所述漂浮式平台包括n个以塔筒为中心均匀环布的浮筒，n为大于2的自然数，所述浮筒内设置气室，气室底部具有进气口，顶部设置出气口，所述振荡水柱波浪能装置个数与浮筒相同，分别配合安装于所述n个浮筒的出气口内，所述振荡水柱波浪能装置包括空气透平、机械传动模块和发电机模块，所述空气透平用以带动机械传动模块工作，所述机械传动模块用以带动发电机模块发电，所述控制模块用以通过调节发电机模块的转矩来控制所述空气透平的转速和出气口的流量；

所述振荡水柱波浪能装置的控制方法，包括以下步骤：

步骤1)设定发电机模块的控制转矩范围为Tmin～Tmax；

步骤2)空气透平工作，控制模块输出控制转矩；

步骤3)实时检测每个气室内的气压值，漂浮式平台摇摆运动的角速度ω及摇摆运动的方向；

步骤4)计算每个空气透平与漂浮式平台摇摆运动所在平面的夹角θ；

步骤5)根据实时监测数值，判断(θ-90°)·ω·(P_i-P₀)的符号，若(θ-90°)·ω·(P_i-P₀)0的符号，则需要增加出气口的流量来给漂浮式平台提供负阻尼作用；若(θ-90°)·ω·(P_i-P₀)0，则需要减小出气口的流量来给漂浮式平台提供负阻尼作用，其中，i为≤n的自然数，P_i表示每个气室的实时气压，P₀表示大气压；

步骤6)根据步骤5)的结论，基于空气透平的理论运行曲线与当前时刻第i个发电机模块的控制转矩T_i,t，若要增加当前时刻第i个出气口的流量，则下一时刻对第i个发电机模块施加控制转矩T_i,t+1范围为[T_i,t,T_max]；若要减小第i出气口的流量，则下一时刻对第i个发电机模块施加控制转矩T_i,t+1范围为[T_min,T_i,t]；

步骤7)以降低漂浮式平台的运动响应Motion和增加振荡水柱波浪能装置的发电功率Power为控制目标，设计多目标优化函数，并结合步骤6)结论：

其中，f₁(Power)为所述n个振荡水柱波浪能装置的发电功率之和；f₂(Motion)＝Std_纵摇，Std_纵摇为漂浮式平台纵摇运动的标准偏差，用以表征平台运动响应的稳定性；λ₁、λ₂为多目标优化函数权重系数；

通过数值方法求解下一时刻最优空气透平控制转矩T_i,t+1；

步骤8)根据步骤7)计算得到的T_i,t+1对空气透平进行转矩控制；

步骤9)重复步骤2)～8)，直至装置停止工作。

2.根据权利要求1所述的一种漂浮式风力机，其特征在于所述出气口直径小于进气口直径。

3.根据权利要求1所述的一种漂浮式风力机，其特征在于所述空气透平为双向空气透平。

4.根据权利要求1所述的一种漂浮式风力机，其特征在于所述振荡水柱波浪能装置还包括气压计和运动传感器，所述气压计用以监测所述气室内部的气压，所述运动传感器用以测量所述漂浮式平台六自由度的位移和速度。