基于TMD及主动锚链结构控制的浮式风电机组减载方法技术

本发明专利技术公开了一种基于TMD及主动锚链结构控制的浮式风电机组减载方法，一)在锚链处于悬链状态：1)通过分析得到阻尼器力与活塞相对于缸体的位移之间的对应关系，2)分别建立浮台、塔架和TMD的运动方程；二)在锚链处于张紧状态：1)建立浮台及锚链的相关动力学方程，2)对控制锚链的电机进行主动控制，以收缩和释放连接浮台的锚链，从而使浮台减少纵荡，横荡和艏摇的现象。本发明专利技术通过采用被动TMD调节的同时，并针对不同海况改变悬链状态，对海上驳船式结构的漂浮式风力机组的载荷响应进行控制，从而可以有效降低浮式风力机在不同工况下的总体载荷和机舱、浮台的俯仰运动，进而提高漂浮式风电机组的输出电能质量并增加其使用寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术专利涉及漂浮式风电机组减载控制方法，尤其涉及一种基于TMD及主动锚链结构的控制方法，它是一种可以有效降低浮式风电机组在不同海况下的总体载荷，在一定程度上保证浮台的平稳，进而提高风力机的使用寿命和输出电能质量的减载控制方法。
技术介绍
漂浮式海上风力发电机组本身虽然能够较大程度利用深海的风能资源，但其外界载荷条件比陆地上固定式风力发电机组更加复杂,其原因是除了受到通常的风和浪载荷以外,还要考虑风、浪载荷的大小问题。同时相对固定式海上风力发电机来说，浮式平台的运动对系统发电也有很大的影响。由于风和浪具有随机性的特点，环境载荷波动会造成风电机组的载荷波动变化，使风电机组输出功率不稳定。特别是风和波浪引起的浮台和塔架的倾斜运行，由于大惯性和重力作用，大大增加风机的结构载荷，从而影响风力机的使用寿命和输出电能质量。在载荷控制方面，目前更多的采用独立变桨距控制和在机舱中加大振动能量耗散方法对风电机组载荷进行控制研究。但采用以上方法对受到较大波浪载荷作用的浮式风电系统而言，其载荷控制无法满足要求，同时荷载控制也以牺牲部分功率为代价。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种基于TMD及主动锚链结构控制的浮式风电机组减载方法，以实现有效减小海上浮式风电机组的总体载荷，并在一定程度上保证浮台的平稳，提高风力机的使用寿命和输出电能质量。本专利技术基于TMD及主动锚链结构控制的浮式风电机组减载方法，包括：一)在锚链处于悬链状态1)对浮台内被动TMD的结构进行分析，得到阻尼器力F与活塞相对于缸体的位移x之间的对应关系：式中，Ftmd为变阻尼力；dtmd为阻尼系数；为活塞相对缸体的速度；ktmd为弹簧系数；xtmd为弹簧伸缩位移；2)利用Kane动力学方程，分别建立浮台、塔架和TMD的运动方程： I p θ ·· p = - d p θ · p - k p θ p - m p gR p θ p + h t ( θ t - θ p ) + d t ( θ · t - θ · p ) - F t m d R t m d - m t m d g ( R t m d θ p - x t m d ) , ]]> I t θ ·· t = m t gR t θ t - k t ( θ t - θ p ) - d t ( θ · t - θ · p ) , ]]> m t m d x ·· t m d = F t m d + m t m d gθ p ; ]]>其中，θp表示浮台偏离垂直平面的角度，θt表示塔架偏离垂直平面的角度；kp表示浮台的弹性常数，kt表示塔架的弹性常数；dp表示浮台的阻尼系数，dt表示塔架的阻尼系数；Rtmd为到阻尼器质心到铰链的距离；Rt为塔架质心到铰链的距离；Rp为浮台质心到铰链的距离；Ip表示浮台转动惯量，It表示塔架转动惯量；g表示重力加速度；mtmd为阻尼器的质量；mt为塔架的质量；mp为浮台质量；xtmd表示阻尼器质心到铰链所在垂直面的距离；Ftmd为变阻尼力；二)在锚链处于张紧状态1)在锚链处于张紧状态时，建立海上漂浮式风机组浮台及锚链的相关动力学方程：Tsinθ＝wl＝Tv，Tcosθ＝T′，其中，T'是长为l的锚链在水深h处于张紧状态时受到的水平力，TV是长为l的锚链在水深h处于张紧状态时受到的垂向力，θ为链部上端切线方向与水平面的夹角，w为锚链在水中单位长度的重本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于TMD及主动锚链结构控制的浮式风电机组减载方法，其特征在于：包括：一)在锚链处于悬链状态1)对浮台内被动TMD的结构进行分析，得到阻尼器力F与活塞相对于缸体的位移x之间的对应关系：式中，Ftmd为变阻尼力；dtmd为阻尼系数；为活塞相对缸体的速度；ktmd为弹簧系数；xtmd为弹簧伸缩位移；2)利用Kane动力学方程，分别建立浮台、塔架和TMD的运动方程：Ipθ··p=-dpθ·p-kpθp-mpgRpθp+kt(θt-θp)+dt(θ·t-θ·p)-FtmdRtmd-mtmdg(Rtmdθp-xtmd),]]>Itθ··t=mtgRtθt-kt(θt-θp)-dt(θ·t-θ·p),]]>mtmdx··tmd=Ftmd+mtmdgθp;]]>其中，θp表示浮台偏离垂直平面的角度，θt表示塔架偏离垂直平面的角度；kp表示浮台的弹性常数，kt表示塔架的弹性常数；dp表示浮台的阻尼系数，dt表示塔架的阻尼系数；Rtmd为到阻尼器质心到铰链的距离；Rt为塔架质心到铰链的距离；Rp为浮台质心到铰链的距离；Ip表示浮台转动惯量，It表示塔架转动惯量；g表示重力加速度；xtmd表示阻尼器质心到铰链所在垂直面的距离；Ftmd为变阻尼力；mtmd为阻尼器的质量；mt为塔架的质量；mp为浮台质量；二)在锚链处于张紧状态1)在锚链处于张紧状态时，建立海上漂浮式风机组浮台及锚链的相关动力学方程：T sinθ＝wl＝Tv，T cosθ＝T′，其中，T′是长为l的锚链在水深h处于张紧状态时受到的水平力，TV是长为l的锚链在水深h处于张紧状态时受到的垂向力，θ为链部上端切线方向与水平面的夹角，w为锚链在水中单位长度的重量；在考虑浮台与锚链之间的关系时，平衡状态的情况如下：Ff=Mzg+T1sinθ1+T2sinθ2+T3sinθ3+T4sinθ4=Mzg+Σi=14Tisinθi,]]>式中，θi为第i根锚链与海底水平面的夹角；Ti为第i根锚链所受到的拉力；Ff为浮台所受浮力；Mz为漂浮式风机和浮台的质量；g为重力加速度；2)将以上的平衡状态作为参考状态，在受到风和浪作用时，利用传感器实时检测浮台相对于参考状态的俯仰角加速度角速度和角位移θ，并将各量的检测值与期望值相比较；通过比较后的结果制定电机的转向和转速大小的规则库；利用规则库编写相应的程序，导入PLC控制器，从而对控制锚链的电机进行主动控制，以收缩和释放连接浮台的锚链，从而使浮台减少纵荡，横荡和艏摇的现象。...

【技术特征摘要】
1.一种基于TMD及主动锚链结构控制的浮式风电机组减载方法，其特征在于：包括：一)在锚链处于悬链状态1)对浮台内被动TMD的结构进行分析，得到阻尼器力F与活塞相对于缸体的位移x之间的对应关系：式中，Ftmd为变阻尼力；dtmd为阻尼系数；为活塞相对缸体的速度；ktmd为弹簧系数；xtmd为弹簧伸缩位移；2)利用Kane动力学方程，分别建立浮台、塔架和TMD的运动方程： I p θ ·· p = - d p θ · p - k p θ p - m p gR p θ p + k t ( θ t - θ p ) + d t ( θ · t - θ · p ) - F t m d R t m d - m t m d g ( R t m d θ p - x t m d ) , ]]> I t θ ·· t = m t gR t θ t - k t ( θ t - θ p ) - d t ( θ · t - θ · p ) , ]]> m t m d x ·· t m d = ...

【专利技术属性】
技术研发人员：王磊，蔡明，张虎，沈涛，陈柳，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50