基于TMD及主動(dòng)錨鏈結(jié)構(gòu)控制的浮式風(fēng)電機(jī)組減載方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種基于TMD及主動(dòng)錨鏈結(jié)構(gòu)控制的浮式風(fēng)電機(jī)組減載方法，一)在錨鏈處于懸鏈狀態(tài)：1)通過分析得到阻尼器力與活塞相對于缸體的位移之間的對應(yīng)關(guān)系，2)分別建立浮臺(tái)、塔架和TMD的運(yùn)動(dòng)方程；二)在錨鏈處于張緊狀態(tài)：1)建立浮臺(tái)及錨鏈的相關(guān)動(dòng)力學(xué)方程，2)對控制錨鏈的電機(jī)進(jìn)行主動(dòng)控制，以收縮和釋放連接浮臺(tái)的錨鏈，從而使浮臺(tái)減少縱蕩，橫蕩和艏搖的現(xiàn)象。本發(fā)明專利技術(shù)通過采用被動(dòng)TMD調(diào)節(jié)的同時(shí)，并針對不同海況改變懸鏈狀態(tài)，對海上駁船式結(jié)構(gòu)的漂浮式風(fēng)力機(jī)組的載荷響應(yīng)進(jìn)行控制，從而可以有效降低浮式風(fēng)力機(jī)在不同工況下的總體載荷和機(jī)艙、浮臺(tái)的俯仰運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而提高漂浮式風(fēng)電機(jī)組的輸出電能質(zhì)量并增加其使用壽命。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)專利涉及漂浮式風(fēng)電機(jī)組減載控制方法，尤其涉及一種基于TMD及主動(dòng)錨鏈結(jié)構(gòu)的控制方法，它是一種可以有效降低浮式風(fēng)電機(jī)組在不同海況下的總體載荷，在一定程度上保證浮臺(tái)的平穩(wěn)，進(jìn)而提高風(fēng)力機(jī)的使用壽命和輸出電能質(zhì)量的減載控制方法。
技術(shù)介紹
漂浮式海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組本身雖然能夠較大程度利用深海的風(fēng)能資源，但其外界載荷條件比陸地上固定式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組更加復(fù)雜,其原因是除了受到通常的風(fēng)和浪載荷以外,還要考慮風(fēng)、浪載荷的大小問題。同時(shí)相對固定式海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)來說，浮式平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)對系統(tǒng)發(fā)電也有很大的影響。由于風(fēng)和浪具有隨機(jī)性的特點(diǎn)，環(huán)境載荷波動(dòng)會(huì)造成風(fēng)電機(jī)組的載荷波動(dòng)變化，使風(fēng)電機(jī)組輸出功率不穩(wěn)定。特別是風(fēng)和波浪引起的浮臺(tái)和塔架的傾斜運(yùn)行，由于大慣性和重力作用，大大增加風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)載荷，從而影響風(fēng)力機(jī)的使用壽命和輸出電能質(zhì)量。在載荷控制方面，目前更多的采用獨(dú)立變槳距控制和在機(jī)艙中加大振動(dòng)能量耗散方法對風(fēng)電機(jī)組載荷進(jìn)行控制研究。但采用以上方法對受到較大波浪載荷作用的浮式風(fēng)電系統(tǒng)而言，其載荷控制無法滿足要求，同時(shí)荷載控制也以犧牲部分功率為代價(jià)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
有鑒于此，本專利技術(shù)的目的是提供一種基于TMD及主動(dòng)錨鏈結(jié)構(gòu)控制的浮式風(fēng)電機(jī)組減載方法，以實(shí)現(xiàn)有效減小海上浮式風(fēng)電機(jī)組的總體載荷，并在一定程度上保證浮臺(tái)的平穩(wěn)，提高風(fēng)力機(jī)的使用壽命和輸出電能質(zhì)量。本專利技術(shù)基于TMD及主動(dòng)錨鏈結(jié)構(gòu)控制的浮式風(fēng)電機(jī)組減載方法，包括：一)在錨鏈處于懸鏈狀態(tài)1)對浮臺(tái)內(nèi)被動(dòng)TMD的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，得到阻尼器力F與活塞相對于缸體的位移x之間的對應(yīng)關(guān)系：式中，F(xiàn)tmd為變阻尼力；dtmd為阻尼系數(shù)；為活塞相對缸體的速度；ktmd為彈簧系數(shù)；xtmd為彈簧伸縮位移；2)利用Kane動(dòng)力學(xué)方程，分別建立浮臺(tái)、塔架和TMD的運(yùn)動(dòng)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表示浮臺(tái)偏離垂直平面的角度，θt表示塔架偏離垂直平面的角度；kp表示浮臺(tái)的彈性常數(shù)，kt表示塔架的彈性常數(shù)；dp表示浮臺(tái)的阻尼系數(shù)，dt表示塔架的阻尼系數(shù)；Rtmd為到阻尼器質(zhì)心到鉸鏈的距離；Rt為塔架質(zhì)心到鉸鏈的距離；Rp為浮臺(tái)質(zhì)心到鉸鏈的距離；Ip表示浮臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，It表示塔架轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；g表示重力加速度；mtmd為阻尼器的質(zhì)量；mt為塔架的質(zhì)量；mp為浮臺(tái)質(zhì)量；xtmd表示阻尼器質(zhì)心到鉸鏈所在垂直面的距離；Ftmd為變阻尼力；二)在錨鏈處于張緊狀態(tài)1)在錨鏈處于張緊狀態(tài)時(shí)，建立海上漂浮式風(fēng)機(jī)組浮臺(tái)及錨鏈的相關(guān)動(dòng)力學(xué)方程：Tsinθ＝wl＝Tv，Tcosθ＝T′，其中，T'是長為l的錨鏈在水深h處于張緊狀態(tài)時(shí)受到的水平力，TV是長為l的錨鏈在水深h處于張緊狀態(tài)時(shí)受到的垂向力，θ為鏈部上端切線方向與水平面的夾角，w為錨鏈在水中單位長度的重本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于TMD及主動(dòng)錨鏈結(jié)構(gòu)控制的浮式風(fēng)電機(jī)組減載方法，其特征在于：包括：一)在錨鏈處于懸鏈狀態(tài)1)對浮臺(tái)內(nèi)被動(dòng)TMD的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，得到阻尼器力F與活塞相對于缸體的位移x之間的對應(yīng)關(guān)系：式中，F(xiàn)tmd為變阻尼力；dtmd為阻尼系數(shù)；為活塞相對缸體的速度；ktmd為彈簧系數(shù)；xtmd為彈簧伸縮位移；2)利用Kane動(dòng)力學(xué)方程，分別建立浮臺(tái)、塔架和TMD的運(yùn)動(dòng)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表示浮臺(tái)偏離垂直平面的角度，θt表示塔架偏離垂直平面的角度；kp表示浮臺(tái)的彈性常數(shù)，kt表示塔架的彈性常數(shù)；dp表示浮臺(tái)的阻尼系數(shù)，dt表示塔架的阻尼系數(shù)；Rtmd為到阻尼器質(zhì)心到鉸鏈的距離；Rt為塔架質(zhì)心到鉸鏈的距離；Rp為浮臺(tái)質(zhì)心到鉸鏈的距離；Ip表示浮臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，It表示塔架轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；g表示重力加速度；xtmd表示阻尼器質(zhì)心到鉸鏈所在垂直面的距離；Ftmd為變阻尼力；mtmd為阻尼器的質(zhì)量；mt為塔架的質(zhì)量；mp為浮臺(tái)質(zhì)量；二)在錨鏈處于張緊狀態(tài)1)在錨鏈處于張緊狀態(tài)時(shí)，建立海上漂浮式風(fēng)機(jī)組浮臺(tái)及錨鏈的相關(guān)動(dòng)力學(xué)方程：T?sinθ＝wl＝Tv，T?cosθ＝T′，其中，T′是長為l的錨鏈在水深h處于張緊狀態(tài)時(shí)受到的水平力，TV是長為l的錨鏈在水深h處于張緊狀態(tài)時(shí)受到的垂向力，θ為鏈部上端切線方向與水平面的夾角，w為錨鏈在水中單位長度的重量；在考慮浮臺(tái)與錨鏈之間的關(guān)系時(shí)，平衡狀態(tài)的情況如下：Ff=Mzg+T1sinθ1+T2sinθ2+T3sinθ3+T4sinθ4=Mzg+Σi=14Tisinθi,]]>式中，θi為第i根錨鏈與海底水平面的夾角；Ti為第i根錨鏈所受到的拉力；Ff為浮臺(tái)所受浮力；Mz為漂浮式風(fēng)機(jī)和浮臺(tái)的質(zhì)量；g為重力加速度；2)將以上的平衡狀態(tài)作為參考狀態(tài)，在受到風(fēng)和浪作用時(shí)，利用傳感器實(shí)時(shí)檢測浮臺(tái)相對于參考狀態(tài)的俯仰角加速度角速度和角位移θ，并將各量的檢測值與期望值相比較；通過比較后的結(jié)果制定電機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速大小的規(guī)則庫；利用規(guī)則庫編寫相應(yīng)的程序，導(dǎo)入PLC控制器，從而對控制錨鏈的電機(jī)進(jìn)行主動(dòng)控制，以收縮和釋放連接浮臺(tái)的錨鏈，從而使浮臺(tái)減少縱蕩，橫蕩和艏搖的現(xiàn)象。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于TMD及主動(dòng)錨鏈結(jié)構(gòu)控制的浮式風(fēng)電機(jī)組減載方法，其特征在于：包括：一)在錨鏈處于懸鏈狀態(tài)1)對浮臺(tái)內(nèi)被動(dòng)TMD的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，得到阻尼器力F與活塞相對于缸體的位移x之間的對應(yīng)關(guān)系：式中，F(xiàn)tmd為變阻尼力；dtmd為阻尼系數(shù)；為活塞相對缸體的速度；ktmd為彈簧系數(shù)；xtmd為彈簧伸縮位移；2)利用Kane動(dòng)力學(xué)方程，分別建立浮臺(tái)、塔架和TMD的運(yùn)動(dòng)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 = ...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王磊，蔡明，張虎，沈濤，陳柳，
申請(專利權(quán))人：重慶大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：重慶;50