具有振荡水翼装置的漂浮式风力机及其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种具有振荡水翼装置的漂浮式风力机及其控制方法，包括执行系统，执行系统配置有：船型漂浮式平台，漂浮于水面；风力发电机组，安装在船型漂浮式平台上；单点系泊装置，限制船型漂浮式平台在水平方向的自由度；振荡水翼装置，包括多个配置有水翼的振荡水翼模块；液压控制装置，布置在振荡水翼模块上，包括多个液压控制模块，水翼在风浪流的联合作用下能够绕轴转动进而能够驱使振荡水翼模块发电；液压控制模块能够调整水翼的转动阻尼和工作角度。本发明专利技术解决了传统船型漂浮式风力机运动性能差、发电方式单一的问题，保证了平台的稳定，并提高振荡水翼的发电效率。并提高振荡水翼的发电效率。并提高振荡水翼的发电效率。

【技术实现步骤摘要】
具有振荡水翼装置的漂浮式风力机及其控制方法


[0001]本专利技术涉及海洋能
，具体地，涉及一种具有振荡水翼装置的漂浮式风力机及其控制方法。

技术介绍

[0002]海洋风能是具有大规模开发利用前景的可再生能源，是未来我国能源战略中的重要组成部分。船型漂浮式风力机是下一代开发远海风能的重要装备，其吃水浅，结构简单，便于码头整体安装以及拖航，还有适应水深范围广、成本相对较低等优点。船型漂浮式风力机搭配单点系泊装置还可起到自主对风，降低横向波浪载荷的效果。但船型平台的水线面较大，受力面积大，且纵摇、横摇、垂荡等运动的固有周期和波浪周期接近，在环境载荷和工作载荷的联合作用下，呈现出强随机性与非线性等特征，需要增加阻尼装置以降低运动响应与载荷。波浪能是海上另一种重要的可再生清洁能源，具有能量密度高、分布范围广的特点，而传统船型漂浮式风力机仅利用风能发电，缺少高效转化利用波浪能的装置。
[0003]为解决上述问题，现有技术中也有多种设计，专利文献CN104875862A在船宽方向设置了一对液舱，并在其下部设置彼此连通的流路，利用液体流动的阻尼实现减摇效果，但这样的液舱布置对几何尺寸有较高要求，不适合船型漂浮式风力机安装。专利文献CN106382182A提出了一种漂浮式风力机平台的被动式吸波减摇发电装置，其采用安装在平台底部的浮子吸收波浪能，达到降低平台响应的效果，同时吸收的能量可以用于发电，但这样的浮子设计对风机平台重心影响较大，且只适用于半潜型漂浮式风力机。专利文献CN215884008U在漂浮式风力机底部设置了浮箱，并在浮箱内设置透水网以及用于增大与海水接触面积的网格阻尼件，达到减摇效果，但其仅能将吸收的能量以热的方式耗散掉，无法吸收利用。专利文献CN102720209A提出了一种包含可伸缩阻尼装置的海上漂浮式风力机基础，上述伸缩阻尼装置包含阻尼盘以及连接在阻尼盘上的伸缩主梁，阻尼盘上设置有减摇鳍和扰流孔，能降低漂浮式风力机的运动幅度，但其对于水深的要求较高，且需要复杂的控制中枢控制各伸缩主梁的状态。
[0004]综上所述，工程上亟需一种易于安装、结构简单、可控性好、稳定性高的船型漂浮式风力机，并且其减摇装置既能降低平台的运动幅度，降低载荷，又能将吸收的能量转化为电能。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种具有振荡水翼装置的漂浮式风力机及其控制方法。
[0006]根据本专利技术提供的一种具有振荡水翼装置的漂浮式风力机，包括执行系统，所述执行系统配置有：
[0007]船型漂浮式平台，漂浮于水面；
[0008]风力发电机组，安装在所述船型漂浮式平台上，用于风力发电；
[0009]单点系泊装置，限制船型漂浮式平台在水平方向的自由度且所述船型漂浮式平台在风浪流的联合作用下能够绕单点系泊装置转动；
[0010]振荡水翼装置，布置在所述船型漂浮式平台的下方，包括多个配置有水翼的振荡水翼模块；
[0011]液压控制装置，布置在所述振荡水翼模块上，包括多个与所述振荡水翼模块相匹配的液压控制模块，所述水翼在波浪能的作用下能够绕轴转动进而能够驱使所述振荡水翼模块发电；同时，所述液压控制模块能够调整所述水翼的转动阻尼和工作角度以使得所述振荡水翼模块获得所需的发电效率。
[0012]优选地，所述振荡水翼模块具有液压油缸，所述水翼绕轴转动能够驱使液压油缸伸缩进而使得振荡水翼模块发电。
[0013]优选地，所述振荡水翼模块还包括框架、限位装置，所述水翼的一侧与所述框架的底部转动配合，所述水翼的中部通过液压油缸与所述框架的顶部活动配合；
[0014]所述限位装置用于限制所述水翼的最大旋转角度。
[0015]优选地，所述液压控制模块，每个所述液压控制模块对应控制一个所述振荡水翼模块，液压控制模块包括电控设备、液压泵、多向阀、液压电力变换器以及液压辅件；
[0016]所述电控设备分别与液压泵、多向阀控制连接进而控制液压油在所述液压控制模块中的流向，所述液压电力变换器通过多向阀连接所述液压辅件，所述液压辅件连接所述液压油缸。
[0017]优选地，所述单点系泊装置通过多个系泊装置连接架连接所述船型漂浮式平台；
[0018]所述单点系泊装置通过多个所述锚链限制船型漂浮式平台在水平方向的自由度。
[0019]优选地，还包括采集系统、控制中枢，所述采集系统用于采集执行系统上的实时作业数据和作业海况数据，提供给所述控制中枢进行数据处理和指令决策；
[0020]所述控制中枢能够将采集系统收集到的实时作业数据和作业海况数据进行处理和分析，并将自主运行和操作指令发送至执行系统执行。
[0021]优选地，所述采集系统包括加速度计和陀螺仪、风速风向传感器、浪高浪向传感器、水压流速传感器、水翼姿态传感器、油缸液压传感器、各发电模块传感器中的至少一种；
[0022]所述控制中枢包括数据处理模块、运行监测模块、作业控制模块和紧急备用模块，所述数据处理模块能够将采集系统收集到的数据进行初步滤波除杂和转换处理，得到所测量的各类物理量并提交给其他三个模块，所述运行监测模块将数据转化为图表并通过可视化界面呈现给工作人员远程实时监控，所述作业控制模块向执行系统输出操作运行指令，所述操作运行指令包括调节水翼姿态指令、油缸液压调节指令、风力机组发电指令、液压发电系统发电指令；所述紧急备用模块能够在所述作业控制模块失效的极端情况下紧急接管控制，所述紧急备用模块提供执行系统的人工控制渠道，在紧急状况下切换到紧急备用模块后，能够实现各部分人工控制进而保证所述执行系统在紧急状况下的脱困避险。
[0023]根据本专利技术提供的一种具有振荡水翼装置的漂浮式风力机的控制方法，具体操作步骤如下：
[0024]步骤1：根据所在作业区域海况以及作业周期，在船型漂浮式平台上搭载合适数量的振荡水翼模块及锚链，确定工作参数并将所述工作参数输入至控制中枢，开启并校准采集系统；
[0025]步骤2：执行系统布放完成后，通过控制中枢将各发电模块调整至发电状态，根据采集系统得到的风速、风向，作业控制模块自动下达风力发电机组发电指令，风力发电机组开始工作，根据采集系统得到的船型漂浮式平台的运动速度、加速度、水翼自身俯仰运动速度、水翼附近水压和流速大小，数据处理模块计算得出水翼最佳工作角度和最佳运动阻尼，根据振荡水翼模块所处的纵向位置与横向位置，作业控制模块自动下达不同的水翼姿态控制指令及运动阻尼控制指令，水翼被推动旋转，同时液压控制模块开启对液压油流速的控制进而改变水翼的运动阻尼；
[0026]步骤3：水翼随着船型漂浮式平台的运动而运动，在水压力和液压油缸阻尼作用下，水翼绕转轴做俯仰运动，船型漂浮式平台做纵摇运动时，带动船首和船尾的水翼做相反方向的升沉运动，船型漂浮式平台做垂荡运动时，带动船首和船尾的水翼做相同方向的升沉运动,水翼绕轴沿第一方向旋转时，液压油缸被动伸长且内部液压降低，储油罐内的液压油经液压电力变换器流入液压油缸，系统发电；水翼本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有振荡水翼装置的漂浮式风力机，其特征在于，包括执行系统，所述执行系统配置有：船型漂浮式平台，漂浮于水面；风力发电机组(200)，安装在所述船型漂浮式平台上，用于风力发电；单点系泊装置(102)，限制船型漂浮式平台在水平方向的自由度且所述船型漂浮式平台在风浪流的联合作用下能够绕单点系泊装置(102)转动；振荡水翼装置，布置在所述船型漂浮式平台的下方，包括多个配置有水翼(301)的振荡水翼模块(300)；液压控制装置，布置在所述振荡水翼模块(300)上，包括多个与所述振荡水翼模块(300)相匹配的液压控制模块(400)，所述水翼(301)在波浪能的作用下能够绕轴转动进而能够驱使所述振荡水翼模块(300)发电；同时，所述液压控制模块(400)能够调整所述水翼(301)的转动阻尼和工作角度以使得所述振荡水翼模块(300)获得所需的发电效率。2.根据权利要求1具有振荡水翼装置的漂浮式风力机，其特征在于，所述振荡水翼模块(300)具有液压油缸(303)，所述水翼(301)绕轴转动能够驱使液压油缸(303)伸缩进而使得振荡水翼模块(300)发电。3.根据权利要求2具有振荡水翼装置的漂浮式风力机，其特征在于，所述振荡水翼模块(300)还包括框架(304)、限位装置(305)，所述水翼(301)的一侧与所述框架(304)的底部转动配合，所述水翼(301)的中部通过液压油缸(303)与所述框架(304)的顶部活动配合；所述限位装置(305)用于限制所述水翼(301)的最大旋转角度。4.根据权利要求3具有振荡水翼装置的漂浮式风力机，其特征在于，所述液压控制模块(400)，每个所述液压控制模块(400)对应控制一个所述振荡水翼模块(300)，液压控制模块(400)包括电控设备(401)、液压泵(402)、多向阀(403)、液压电力变换器(404)以及液压辅件(405)；所述电控设备(401)分别与液压泵(402)、多向阀(403)控制连接进而控制液压油在所述液压控制模块(400)中的流向，所述液压电力变换器(404)通过多向阀(403)连接所述液压辅件(405)，所述液压辅件(405)连接所述液压油缸(303)。5.根据权利要求1具有振荡水翼装置的漂浮式风力机，其特征在于，所述单点系泊装置(102)通过多个系泊装置连接架(106)连接所述船型漂浮式平台；所述单点系泊装置(102)通过多个所述锚链(103)限制船型漂浮式平台在水平方向的自由度。6.根据权利要求1具有振荡水翼装置的漂浮式风力机，其特征在于，还包括采集系统、控制中枢，所述采集系统用于采集执行系统上的实时作业数据和作业海况数据，提供给所述控制中枢进行数据处理和指令决策；所述控制中枢能够将采集系统收集到的实时作业数据和作业海况数据进行处理和分析，并将自主运行和操作指令发送至执行系统执行。7.根据权利要求6具有振荡水翼装置的漂浮式风力机，其特征在于，所述采集系统包括加速度计和陀螺仪、风速风向传感器、浪高浪向传感器、水压流速传感器、水翼姿态传感器、油缸液压传感器、各发电模块传感器中的至少一种；所述控制中枢包括数据处理模块、运行监测模块、作业控制模块和紧急备用模块，所述
数据处理模块能够将采集系统收集到的数据进行初步滤波除杂和转换处理，得到所测量的各类物理量并提交给其他三个模块，所述运行监测模块将数据转化为图表并通过可视化界面呈现给工作人员远程实时监控，所述作业控制模块向执行系统输出操作运行指令，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵永生，王一品，池哲瀛，姚天成，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：