[发明专利]一种漂浮式风机抑制纵摇方法及系统

权利要求书

1.一种漂浮式风机抑制纵摇方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在漂浮式风机的浮台与塔基的连接处以及漂浮式风机机舱的内部分别安装一个倾角仪，用于测量浮台纵摇角度和机舱纵摇角度；

2)将测量得到的浮台纵摇角度与预设的动态阈值比较，当浮台纵摇角度大于动态阈值时，将浮台纵摇角度作为反馈量输入到纵摇角度控制回路中，输出变桨角度的附加量到漂浮式风机的变桨控制回路，通过改变漂浮式风机的变桨角度来增加漂浮式风机的纵摇阻尼，抑制漂浮式风机的纵摇运动；

其中，所述纵摇角度控制回路的增益的设置，需根据抑制海上风浪联合力对浮台纵摇角度的影响，计算得到浮台纵摇角度与变桨角度附加量的相位差范围，以及浮台纵摇角度与变桨角度附加量的幅值比范围，从而确定纵摇角度控制回路的增益，具体执行以下操作：

计算海上风浪联合力到浮台纵摇角度的闭环传递函数：

其中，F_Combine表示风浪联合力的拉普拉斯变换，ΔF表示波浪力和气动力互相作用产生的推力差的拉普拉斯变换，a_Pitch表示纵摇角度的拉普拉斯变换，表示风浪联合力到推力的传递函数，表示推力到纵摇角度的传递函数，表示变桨角度指令到实际变桨角度的传递函数，表示变桨角度到推力的传递函数，C_Pitch表示纵摇加阻补偿器，θ表示变桨角度，F表示推力；

将式(1)简化为：

其中，C(s)＝C_Pitch，s＝jω，其中j表示复数单位；

使式(2)的分母大于1，即能够抑制风浪联合力对浮台纵摇角度的影响，要使式(2)的分母大于1，等价为：

|1+G₂(jω)C(jω)|＞1 (3)

将式(3)等价为：

其中，为浮台纵摇角度与变桨角度附加量的相位差，A(jω)为浮台纵摇角度与变桨角度附加量的幅值比，式(4)计算得到或A(jω)＞2；

最终，根据或A(jω)＞2，确定纵摇角度控制回路的增益；

3)在完成增加纵摇阻尼后，测量机舱纵摇角度，并将该机舱纵摇角度与预设的倾角保护值比较，若机舱纵摇角度仍大于倾角保护值，则直接触发漂浮式风机的快速停机，从而控制漂浮式风机的纵摇影响。

2.根据权利要求1所述的一种漂浮式风机抑制纵摇方法，其特征在于：所述纵摇角度控制回路包括依次电连接的超前校正网络、二阶低通滤波、叶轮3P频率陷波器和传动链频率陷波器。

3.根据权利要求1所述的一种漂浮式风机抑制纵摇方法，其特征在于：所述倾角仪的量程为±30°，且所述倾角仪的分辨率为0.05°。

4.一种漂浮式风机抑制纵摇系统，其特征在于，包括：

浮台纵摇角度测量模块，用于测量漂浮式风机的浮台纵摇角度；

机舱纵摇角度测量模块，用于测量漂浮式风机的机舱纵摇角度；

数据输入模块，用于将测量得到的浮台纵摇角度导入到纵摇角度控制模块中，并将测量得到的机舱纵摇角度导入到停机触发模块中；

纵摇角度控制模块，根据抑制海上风浪联合力对浮台纵摇角度的影响，确定纵摇角度控制模块的增益设置，同时根据输入的浮台纵摇角度，输出变桨角度的附加量到漂浮式风机的变桨控制回路，从而增加纵摇阻尼；

其中，所述纵摇角度控制模块的增益设置，需根据抑制海上风浪联合力对浮台纵摇角度的影响，计算得到浮台纵摇角度与变桨角度附加量的相位差范围，以及浮台纵摇角度与变桨角度附加量的幅值比范围，从而确定纵摇角度控制模块的增益，具体执行以下操作：

计算海上风浪联合力到浮台纵摇角度的闭环传递函数：

其中，F_Combine表示风浪联合力的拉普拉斯变换，ΔF表示波浪力和气动力互相作用产生的推力差的拉普拉斯变换，a_Pitch表示纵摇角度的拉普拉斯变换，表示风浪联合力到推力的传递函数，表示推力到纵摇角度的传递函数，表示变桨角度指令到实际变桨角度的传递函数，表示变桨角度到推力的传递函数，C_Pitch表示纵摇加阻补偿器，θ表示变桨角度，F表示推力；

将式(1)简化为：

其中，C(s)＝C_Pitch，s＝jω，其中j表示复数单位；

使式(2)的分母大于1，即能够抑制风浪联合力对浮台纵摇角度的影响，要使式(2)的分母大于1，等价为：

|1+G₂(jω)C(jω)|＞1 (3)

将式(3)等价为：

其中，为浮台纵摇角度与变桨角度附加量的相位差，A(jω)为浮台纵摇角度与变桨角度附加量的幅值比，式(4)计算得到或A(jω)＞2；

最终，根据或A(jω)＞2，确定纵摇角度控制模块的增益；

停机触发模块，用于在机舱纵摇角度大于倾角保护值时，触发漂浮式风机的快速停机。