[发明专利]一种海上漂浮式风力发电设备动态晃动抑制方法及装置

权利要求书

1.一种海上漂浮式风力发电设备动态晃动抑制方法，其特征在于，所述方法为：

(1)在海况良好、风力发电站正常运行时，利用风能蓄电装置驱动空气压缩装置储气；

(2)倾角传感器测量发电机的姿态参数；

(3)控制器预先确定姿态给定值，控制器从倾角传感器获得姿态参数，并根据姿态参数和姿态给定值确定各个方向所需推力，并且根据所需推力确定各个空气喷嘴装置的出口面积S；

(4)结合水下的空气喷嘴装置，由力矩平衡原理建立喷气反作用力矩控制模型，得出环境产生的倾斜力矩M_I与水线面积惯性矩M_WP、扶正力矩M_IS、锚泊系统力矩M_MLA、海上风力发电设备平衡系统输出力矩M_SP四者之和的力矩平衡公式；

(5)在风力等级过大或者恶劣海况导致风力发电站倾斜角度超过设定阈值时，通过水下空气喷嘴装置喷出储存空气，输出海上风力发电设备平衡系统输出力矩M_SP；

所述方法应用于抑制装置，所述抑制装置包括空气压缩装置、水下空气喷嘴装置、风能蓄电装置、倾角传感器和控制器，所述空气压缩储气装置设置在风力发电设备的发电机及桨叶附近，所述水下空气喷嘴装置嵌入风力发电设备的压载舱底部，所述倾角传感器和控制器位于所述风力发电设备的机舱内。

2.根据权利要求1所述的一种海上漂浮式风力发电设备动态晃动抑制方法，其特征在于，步骤(2)中，所述姿态参数包括：艏摇参数横摇参数η₁和纵摇参数η₂；

由此传感器可输出风力发电设备当前倾角θ为：

3.根据权利要求1所述的一种海上漂浮式风力发电设备动态晃动抑制方法，其特征在于，步骤(3)中，所述水下空气喷嘴装置的出口面积通过调节喷嘴的输出功率。

4.根据权利要求1所述的一种海上漂浮式风力发电设备动态晃动抑制方法，其特征在于，步骤(4)中，

倾斜力矩M_I由环境力矩的总和的水平分量F_env产生，倾斜力矩M_I的计算公式为：

其中，F_env是环境力总和；

z_CPenv是环境力总和F_env作用点到浮心的距离；

θ₃是风力发电设备与竖直方向倾角；

海上风力发电设备平衡系统输出力矩M_SP的计算式为：

M_SP＝F_SPz_SPθ₃；

其中，F_SP是喷气设备提供推力；

z_SP是喷气设备深度；

θ₃是风力发电设备与竖直方向倾角；

当所述风力发电设备处于小倾角近似值内，水线面积惯性矩M_WP的计算式为：

M_WP＝ρgA_wθ₀；

其中，A_w是水线面面积；

θ₀是偏航倾斜角；

ρ是海水密度；

g是重力加速度；

当风力发电设备与竖直方向倾角θ₃在10°～15°以内时，应用初稳性公式将扶正力矩M_IS计算式为：

M_IS＝-Dhθ₃；

其中，D是排水量；

θ₃是风力发电设备与竖直方向倾角；

h是横稳心高；

负号表示扶正力矩方向相反于倾斜角的方向；

假设锚泊线为普通悬链线，利用悬链线公式，计算得到锚泊系统力矩M_MLA为：

其中，S是悬链线长度；

w是浮重度；

z_MLA是锚泊系统作用点的深度；

θ₁是锚泊系统悬链线底部切线与水平面的夹角；

θ₂是锚泊系统悬链线顶部切线与水平面的夹角；

海上风力发电设备平衡系统输出力矩M_SP计算式为：

M_SP＝F_SPz_SPθ₃；

其中，F_SP是喷气设备提供推力；

z_SP是喷气设备深度；

θ₃是风力发电设备与竖直方向倾角；

在以上浮体横摇受力分析的基础下，当风力发电设备偏航倾斜角度θ₀在8°以内时，由力矩平衡原理得到海上风力发电设备力矩平衡公式为：

M_I＝M_WP+M_IS+M_MLA+M_SP；

即