[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

说明书

本发明提供一种海上漂浮式风力发电设备动态晃动抑制装置，包括空气压缩装置、水下空气喷嘴装置、控制主板、风力发电设备储电模块、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，所述倾角传感器位于所述风力发电设备的机舱内；本发明建立喷气反作用力矩控制模型，形成抑制风塔晃动的反向作用力矩，从而实现风塔的大角度晃动抑制，提高漂浮式海上风电的安全可靠性和环境适应能力。本发明在正常工作状况下能利用风能蓄电进行压缩空气储气；在面对恶劣海况时能输出反作用力辅助设备抑制倾斜，最大限度地保障风力发电设备安全。

技术领域

本发明涉及风力发电领域，主要涉及一种海上漂浮式风力发电设备平衡的方法及装置。

背景技术

随着现代化社会的不断进步、国民经济的不断发展，由能源危机所带来的问题日益严重。面对能源危机的日益严峻，全世界各国都在大力寻找新的能源来代替传统能源，以风能、太阳能、生物质能、海洋能等为代表的新能源已经成为目前能源发展的重要目标，特别是风力发电和太阳能发电技术已经日趋成熟且在当今的电能使用已经占有重要比例。

风力发电设备在海洋上的工作状况不同于陆地，浮体会随着海浪和海风做不规律的摇摆运动，对风力发电设备的发电效率和设备的耐久性造成不良影响，尤其在恶劣海况下，风力发电设备大倾角晃动可能会导致严重后果。例如中国专利文献CN108757338A公开了一种漂浮式风电场平稳与抗台的风机系统，设置固定于海上平台上的圆筒罐以及浮于圆筒罐内的空心倒锥体，使风力发电机组和支撑塔可随着圆筒罐内的水位变化进行升高或降低，有利于在台风等大风来临期间及时降低风力发电机组和支撑塔的位置高度，采用圆筒罐对设备进行保护，避免设备受到破坏，有效抵御台风等大风袭击，圆筒罐内海水基本平稳，能减少设备的摇晃幅度，提高设备运行的平稳性。例如中国专利CN104421107A公开了一种深海悬浮式风力发电机组，包括从上到下依次设置的风机结构、塔架和悬浮平台，所述悬浮平台通过缆索固定在海底；所述风机结构包括横向依次连接的风机叶片、风机轴和风机机舱；所述风机机舱和所述悬浮平台内均设有减振控制装置。本发明的风力发电机组可有效抑制海风载荷和海浪载荷引起的振动，确保深海悬浮风电机组的安全高效生产；如何主动抑制海上漂浮式风力发电设备在恶劣海况下晃动，对人类开发远海风力发电技术具有非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种海上漂浮式风力发电设备动态晃动抑制方法及装置，通过安装于风塔顶端的倾角传感器获取风塔实时倾角数据，对风塔设备的倾斜角度、倾斜运动速度进行分析计算，结合水下的空气喷嘴装置建立喷气反作用力矩控制模型，形成抑制风塔晃动的反向作用力矩，从而实现风塔的大角度晃动抑制，提高漂浮式海上风电的安全可靠性和环境适应能力。

为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供一种海上漂浮式风力发电设备动态晃动抑制装置，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。

优选的，在风力发电设备正常工作时，利用风能蓄电装置以及压缩储气装置进行空气压缩储气，储气装置有多种方式，本文给出具体的两种：第一种是通过齿轮箱转轴带动旋转曲柄，利用旋转曲柄推动气缸活塞进行空气压缩；第二种是利用电能驱动空气压缩机，同时释放过剩电能。

进一步地，所述水下空气喷嘴装置至少设有四个，所述水下空气喷嘴装置的高度低于浮体浮心和风力发电设备重心，所述水下空气喷嘴装置的喷嘴与水平面平行，相邻两个所述水下空气喷嘴装置的喷嘴之间的夹角为90度。

进一步地，所述喷嘴上设有电磁阀，所述倾角传感器、所述电磁阀和风能蓄电装置电信号连接。