[发明专利]浮式海上风电结构的主-被动联合控制系统及实现方法

说明书

本发明提出一种浮式海上风电结构的主‑被动联合控制系统及实现方法，包括浮式基础和设置于浮式基础上方的风机，所述风机上设置有至少由风速测量装置、风机偏航装置、风机变桨距控制器以及风机变桨距控制终端组成的主动控制系统，所述风机上设置有对振动提供被动控制的调谐质量阻尼器；所述风机上设置有用于测量机舱处三轴加速度与角速度的惯性测量单元传感器以及接收该速度信号的浮式基础运动控制终端，所述浮式基础上设置有多个受浮式基础运动控制终端所控制的可伸缩全回转推进器。本发明提出的控制系统可以实现各子结构的实时同步控制，可以通过前馈控制抵消结构运动中的平均转动与平均水平位移，可以有效地将风机保持在设计位置进行周期运动。

技术领域

本发明涉及海上风力发电领域，具体涉及一种浮式海上风电结构的主-被动联合控制系统及实现方法，特别是服役于水深超过50米工程场区的基础结构。

背景技术

截止至目前，中国海上风电累计并网容量已达到750万千瓦，位居世界第三位。我国海上风能资源的开发已大规模进入近海风电场和深远海风电场，更具有经济性的风电场开发方案对整个海上风电行业的发展将具有决定性作用。

随着水深的增加，固定式基础已经不能适应海上风电行业的需求。相对的，浮式海上风电结构的投资成本对水深敏感性低，是深远海风电开发中极为重要的一种开发方案。

不同于固定式风电结构，浮式风电结构由上部风机，中部塔柱，下部浮式支撑基础多个子系统组成，在服役期间，各子系统承受不同的环境荷载，运动方程、边界条件均不相同，因此，各子系统都拥有其各自的控制方式。例如，上部风机有变桨距调节，中部塔柱有阻尼减振调节，下部浮式基础有压载水调节。但事实上，浮式风电结构在服役期间各子系统的动力响应是相互耦合的，各子系统间不仅存在着荷载传递还存在着运动上的相互作用。因此，各子系统的控制装置势必会相互影响，各子系统同步实时控制非常困难。综上所述，面向于浮式风电结构，亟需开发出一种多子系统联合控制方式，采取分步控制的方式，为各子系统选择合理的控制装置，协调各子系统间动力响应控制，进而确保浮式风电结构在工作状态下达到最大发电效率，在自存工况下拥有最强的生存能力。

此外，目前对于浮式风电结构的基础运动控制方式较少，尤其是主动控制，国际上现在主流的控制方式是通过调节基础内部的加载水来改变结构浮态进而实现控制。然而，受制于压载水调控的泵与管路，一次压载水调控往往需要30分钟甚至更久的时间，因此无法实现实时控制，且需要对海况进行较大提前量的预判。因此，针对于浮式风电结构提出一种响应速率更快的浮式基础运动控制装置极其必要。

基于上述情况，本发明提出了一种浮式海上风电结构的主-被动联合控制系统及实现方法，可有效解决以上问题。

发明内容

本发明针对浮式风电结构在风、浪、流作用下的运动响应控制问题，提供一种浮式海上风电结构的主-被动联合控制系统及实现方法。

为解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案实现：

一方面，本发明提供一种浮式海上风电结构的主-被动联合控制系统，包括浮式基础和设置于浮式基础上方的风机与塔架，所述风机上设置有至少由风速测量装置、风机偏航装置、风机变桨距控制器以及风机变桨距控制终端组成的主动控制系统，所述风机塔架上设置有对振动提供被动控制的调谐质量阻尼器；所述风机上设置有用于测量机舱处三轴加速度与角速度的惯性测量单元传感器以及接收该速度信号的浮式基础运动控制终端，所述浮式基础上设置有多个受浮式基础运动控制终端所控制的可伸缩全回转推进器。

作为本发明的一种优选技术方案，所述可伸缩全回转推进器包含机电控制器、伸缩竖直转轴、水平转轴和螺旋桨；其中机电控制器用于接收浮式基础运动控制终端的指令并输出电流，伸缩竖直转轴控制螺旋桨的上下伸缩与水平面内的旋转，水平转轴控制螺旋桨的平面外旋转；所述可伸缩全回转推进器可以提供360度的全方位推力。