一种集成漂浮式风机结构主动控制与发电功能的系统

本发明涉及海洋工程，尤其涉及一种集成漂浮式风机结构主动控制与发电功能的系统。

背景技术：

1、浮式风机通过漂浮式平台实现在深远海的工作稳定性，通过系泊系统实现驻留，从而获取深远海风能。然而，深远海高海况对漂浮平台式平台的稳定性提出了较高的要求。通过安装结构控制吸收平台在风浪作用下的动能，可以实现平台运动的抑制，提升稳定性。传统结构控制可以通过调谐质量阻尼器实现，通过耦合振动频率，阻尼器吸收振动能量，并转换为热量进行耗散。

2、传统的调谐质量阻尼器振动频率单一，只能吸收单一频率的运动能量。然而，不同海况风浪激励能量频域分布不同，引起平台运动的主频率发生变化，传统的调谐质量阻尼器难以适应不同海况的平台结构减振需求，并且通过阻尼器发热耗能也不能利用平台的运动能量。为解决不同海况下的平台运动最佳抑制并利用平台运动能量。因此，需要一种更加高效的设计实现能量高效耗散，同时实现能量的利用。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于，提供一种集成漂浮式风机结构主动控制与发电功能的系统，可实现风浪多工况下的平台运动抑制，并将运动动能转换为电能。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种集成漂浮式风机结构主动控制与发电功能的系统，包括漂浮式平台、风电机组、结构变阻尼主动控制及发电模块、中央处理模块及储能模块，所述风电机组、结构变阻尼主动控制及发电模块、中央处理模块和储能模块分别设于所述漂浮式平台上；所述风电机组用于将风能转换为电能，并将发电机的实时功率参数发送至所述中央处理模块；所述中央处理模块用于根据所述实时功率参数调整所述储能模块的电能输出，还用于采集所述漂浮式平台的实时运动信息，并根据所述实时运动信息及实时环境信息调节所述结构变阻尼主动控制及发电模块的阻尼特性；所述结构变阻尼主动控制及发电模块随所述漂浮式平台运动，对平台运动的动能进行衰减，并将其转换为电能存储至所述储能模块。

3、作为上述方案的改进，所述结构变阻尼主动控制及发电模块包括质量块、恒张力弹簧、线性弹簧、直线电机动子、直线电机定子及模块总成壳体，所述质量块、恒张力弹簧、线性弹簧、直线电机动子及直线电机定子均设于所述模块总成壳体内；所述质量块的顶部通过恒张力弹簧与所述模块总成壳体的内顶壁连接，所述质量块的底部通过线性弹簧与所述模块总成壳体的内底壁连接，所述质量块能在所述模块总成壳体内部上下运动；所述直线电机动子的一端与所述质量块连接，另一端伸入所述直线电机定子内，所述直线电机定子与所述模块总成壳体连接，所述直线电机动子在所述直线电机定子内随所述质量块同步运动，以产生电能并将所述电能存储至所述储能模块。

4、作为上述方案的改进，所述恒张力弹簧用于平衡所述质量块的张力；根据所述结构变阻尼主动控制及发电模块的安装角度及所述质量块重量调节所述恒张力弹簧的初始张力。

5、作为上述方案的改进，所述质量块的侧壁设有滚轮，所述模块总成壳体的内壁设有与所述滚轮相适配的滑道，所述质量块通过所述滚轮沿所述滑道内上下运动。

6、作为上述方案的改进，所述模块总成壳体的内壁上部和/或内壁下部设有限位件以限制所述质量块的运动范围。

7、作为上述方案的改进，所述直线电机定子通过励磁控制通道与所述中央处理模块连接，所述中央处理模块根据所述运动信息及环境信息调节所述励磁控制通道的电流信息，以调节直线电机定子的阻尼系数。

8、作为上述方案的改进，所述漂浮式平台为示例平台，包括四个浮筒，所述结构变阻尼主动控制及发电模块安装于每个浮筒内，所述系泊单元与所述浮筒连接以固定所述浮筒。

9、作为上述方案的改进，所述中央处理模块包括相互连接的传感器及控制器；所述传感器用于采集所述漂浮式平台的实时运动信息，并将所述实时运动信息发送至所述控制器，所述实时运动信息包括漂浮式平台的俯仰运动信息及垂荡运动信息；所述控制器用于根据实时功率参数调整储能模块的电能输出的同时，综合所述漂浮式平台的实时运动信息进行分析，结合实时环境信息计算最佳阻尼系数控制增益，以调节所述结构变阻尼主动控制及发电模块的阻尼特性，所述实时环境信息包括当前风速信息、未来预测风速信息、当前海浪信息及未来预测海浪信息。

10、本发明集成漂浮式风机结构主动控制与发电功能的系统能综合实现多工况调谐质量阻尼器的最大振动衰减，同时实现漂浮式平台运动能量到电能的转换，实现浮式风机为基础的波浪能的间接利用。具体地，实施本发明，具有如下有益效果：

11、1、本发明引入结构变阻尼主动控制及发电模块，可以根据当前平台运动情况和外部海浪情况主动调节阻尼大小，主动适应海况变化，减少漂浮式平台的俯仰和垂荡方向运动响应，使得漂浮式在不同海况下均能保证良好的稳定性，从而提高漂浮系统运动稳定性及风电机组发电量；

12、2、本发明通过直线电机实现变阻尼结构控制，能在降低平台运动响应的同时将俯仰和垂荡运动中的部分动能转化为电能，从而提高本发明的整体发电量，并减少阻尼耗散过程中产生的热量，提高机组安全性和可靠性，降低发电成本；

13、3、本发明增加了储能电池，可以储存多余的电能，并根据当前风电机组的发电情况动态补充电能空缺，提高本发明的电能质量；

14、4、本发明将结构变阻尼主动控制发电系统模块化安装于浮筒内，不存在外挂式的波浪能发电装置，降低了装置对于防腐的需求及成本；

15、5、本发明将结构变阻尼主动控制及发电模块进行模块化设计，使得结构变阻尼主动控制及发电模块可以方便地安装于任何漂浮式平台的浮筒、机舱及塔体内，极大降低了设计制造及安装成本。

技术特征：

1.一种集成漂浮式风机结构主动控制与发电功能的系统，其特征在于，包括漂浮式平台、风电机组、结构变阻尼主动控制及发电模块、中央处理模块及储能模块，所述风电机组、结构变阻尼主动控制及发电模块、中央处理模块及储能模块分别设于所述漂浮式平台上；

2.如权利要求1所述的集成漂浮式风机结构主动控制与发电功能的系统，其特征在于，所述结构变阻尼主动控制及发电模块包括质量块、恒张力弹簧、线性弹簧、直线电机动子、直线电机定子及模块总成壳体，所述质量块、恒张力弹簧、线性弹簧、直线电机动子及直线电机定子均设于所述模块总成壳体内；

3.如权利要求2所述的集成漂浮式风机结构主动控制与发电功能的系统，其特征在于，所述恒张力弹簧用于平衡所述质量块的张力；

4.如权利要求2所述的集成漂浮式风机结构主动控制与发电功能的系统，其特征在于，所述质量块的侧壁设有滚轮，所述模块总成壳体的内壁设有与所述滚轮相适配的滑道，所述质量块通过所述滚轮沿所述滑道内上下运动。

5.如权利要求2所述的集成漂浮式风机结构主动控制与发电功能的系统，其特征在于，所述模块总成壳体的内壁上部和/或内壁下部设有限位件以限制所述质量块的运动范围。

6.如权利要求2所述的集成漂浮式风机结构主动控制与发电功能的系统，其特征在于，所述直线电机定子通过励磁控制通道与所述中央处理模块连接，所述中央处理模块根据所述运动信息及环境信息调节所述励磁控制通道的电流信息，以调节直线电机定子的阻尼系数。

7.如权利要求1所述的集成漂浮式风机结构主动控制与发电功能的系统，其特征在于，所述中央处理模块包括相互连接的传感器及控制器；

技术总结本发明公开了一种集成漂浮式风机结构主动控制与发电功能的系统，涉及海洋工程技术领域，包括漂浮式平台、风电机组、结构变阻尼主动控制及发电模块、中央处理模块和储能模块；风电机组用于将风能转换为电能，并将发电机的实时功率参数发送至中央处理模块；中央处理模块根据实时功率参数调整储能模块的电能输出，还采集漂浮式平台的实时运动信息，并根据实时运动信息及实时环境信息调节结构变阻尼主动控制及发电模块的阻尼系数，提升平台结构运动稳定性；同时，结构变阻尼主动控制及发电模块随漂浮式平台运动，并通过直线电机阻尼器将质量块运动转换为电能并存储至储能模块。本发明可实现平台运动的抑制，并将振动能量转换为电能，提升发电效率。技术研发人员：杜现平,梁锦彬,赵喜政,陈顺华,谢鹏受保护的技术使用者：中山大学技术研发日：技术公布日：2024/4/17