一种环境自适应漂浮式风电机组及其运行控制方法

本发明涉及风力发电领域，具体为一种环境自适应漂浮式风电机组及其运行控制方法。

背景技术：

1、随着全球风力发电技术的发展，海上风电正朝着大型化和漂浮式方向发展，能适应复杂海洋环境的漂浮式风电机组成为研究重点。我国海域辽阔，海岸线绵长，海上风资源丰富，发展大功率海上漂浮式风电机组是必然趋势。我国拥有数目众多的岛屿，由于离岸距离较远，从沿海城市引电成本较高，然而传统燃料成本较高，污染较大，因此采用风力发电是绝佳选择。

2、但是，以往的海上固定式风电无法适应深海，所以需要可以适应深海的漂浮式风电机。而漂浮式风机的造价往往相当昂贵，钢铁材质在潮湿的海面上极易发生腐蚀，由于其所处海域离岸边较远，所以维修相对困难，因此其成本较高。同时，以往的多点系泊漂浮式风电稳定性高，但较难充分利用多方向的风能。因此，有必要设计一种环境自适应漂浮式风电机组来解决上述技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服上述现有技术的缺点，提供一种可有效解决漂浮式风电的生产及维修成本高、无法较好利用多风向、无法适应多海水流速、摇晃剧烈的问题的环境自适应漂浮式风电机组及其运行控制方法。

2、为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种环境自适应漂浮式风电机组，包括v型底座，所述v型底座的顶部固定有塔筒座，所述塔筒座的顶部固定有风机塔筒，所述风机塔筒的顶部安装有风机，所述风机的风机旋转轴上安装有风机叶片；

3、所述v型底座的底部安装有圆柱形浮筒，圆柱形浮筒上设置有阻尼结构；

4、所述v型底座包括相对转动设置的第一底座前连接端和第二底座前连接端，第一底座前连接端的端头连接有v型底座左侧结构，第二底座前连接端的端头连接有v型底座右侧结构；

5、所述v型底座左侧结构和v型底座右侧结构与风机塔筒之间设置有用于控制第一底座前连接端和第二底座前连接端张开或者合拢的夹角调节机构；

6、所述v型底座左侧结构和v型底座右侧结构的末端安装有鼓形浮筒组件；

7、所述v型底座的顶部外壁中间部位连接有锚链。

8、所述第一底座前连接端和第二底座前连接端采用扇形空心混凝土板拼接组成，且所述塔筒座采用混凝土圆台，圆台向靠近锚链的一侧倾斜。

9、所述v型底座左侧结构和v型底座右侧结构都采用多个空心混凝土板块串联而成，每个空心混凝土板块贯穿有两个通孔，使用两条钢索将空心混凝土板块串联，其中空心混凝土板块有斜度的一面朝向外侧。

10、所述v型底座左侧结构和v型底座右侧结构分别由七组空心混凝土板块构成。

11、所述v型底座的中心部位设置有扭簧，扭簧与圆柱形浮筒采用同轴心布置，扭簧的两端与v型底座左侧结构的第一左侧板块以及v型底座右侧结构的第一右侧板块相连接；

12、所述第一左侧板块与第一底座前连接端相连，第一右侧板块与第二底座前连接端相连。

13、所述夹角调节机构包括固定在v型底座左侧结构顶部的第一支撑底座，第一支撑底座与第一液压缸的第一活塞杆末端铰接，第一液压缸的缸体通过缸体铰接座铰接在风机塔筒上；

14、缸体铰接座的另一侧铰接有第二液压缸，第二液压缸的第二活塞杆末端铰接在第二支撑底座上，第二支撑底座固定在v型底座右侧结构的顶部，且v型底座右侧结构与第一支撑底座呈对称布置。

15、所述鼓形浮筒组件包括通过第一连接板固定在v型底座左侧结构末端的第一鼓形浮筒；

16、还包括通过第二连接板固定在v型底座右侧结构末端的第二鼓形浮筒；

17、所述第一鼓形浮筒和第二鼓形浮筒为空心浮筒，且上下两端半径小于中间半径。

18、所述阻尼结构包括设置在圆柱形浮筒外壁上的大环形板，所述圆柱形浮筒的本外壁上并位于大环形板的两侧设置有第一小环形板和第二小环形板。

19、所述第一小环形板、大环形板和第二小环形板都采用混凝土环形板，并设置有大小、位置不均匀的通孔；第一小环形板、大环形板和第二小环形板间均匀设置有一定间隙；

20、所述风机叶片包括安装在风机旋转轴上的第一扇叶，第二扇叶和第三扇叶。

21、一种环境自适应漂浮式风电机组的运行控制方法，控制夹角调节机构，通过夹角调节机构将v型底座左侧结构和v型底座右侧结构拉开或合拢，以实现对环境的自适应；

22、在流体中使用时，梯形截面的v型底座左侧结构和v型底座右侧结构以减少阻力，进而提高风电机组的稳定性，在流体流向改变时，基础能够凭借单点系泊调整角度；

23、在风浪大时，阻尼结构提供阻力减小基础的垂荡；

24、当风速大时，使用变桨技术控制并调整风机叶片从而适应不同风速，提高该风电机组的稳定性，实现对环境的自适应。

25、本发明有如下有益效果：

26、1、本发明通过三个浮筒提供稳定性，梯形的空心混凝土模块可以减小水流对基础的稳定性的影响，同时该环境自适应漂浮式风电机组的主要材料为混凝土，价格相对于钢铁更加低廉且生产加工工艺成熟，由于其密度较大，也可以提供更大的压载增加基础的稳定性，且混凝土材料的抗腐蚀能力远大于钢铁，其维护成本更低。通过将空心混凝土模块串联减少运输和装配难度，减少安装成本。

27、2、本发明通过扭簧和液压缸控制v型底座两侧间的夹角从而实现该风机组的运行控制，由于塔筒与底座并非垂直关系，因此可以通过该液压缸控制其夹角，从而适应不同的海水流速。

28、3、本发明塔筒座略微前倾可以提高有风时风机的受风面积，提高风能获取率，也可以使用变桨技术调整风机叶片减少大风对该环境自适应漂浮式风电机组运行的安全和稳定性的影响、控制该风机组的运行，实现环境自适应。

29、4、本发明同时将扭簧密封至空心混凝土内可以防止其腐蚀。由于塔筒座为金属材质，因此该v型底座前端上方固定有略微倾斜的圆台，可以使该塔筒座远离水面从而减少其腐蚀，减少后期维护成本。

30、5、设置有三块阻尼板，可以减少该环境自适应漂浮式风电机组的垂荡，从而提高其稳定性。同时利用单点系泊可以使基座根据海水流向调整方向，使风机朝向上风向，提高发电速率，前端两块混凝土板夹持圆柱形浮筒的结构可以减小装配难度，减少安装和运输成本。

技术特征：

1.一种环境自适应漂浮式风电机组，其特征在于，包括v型底座（9），所述v型底座（9）的顶部固定有塔筒座（8），所述塔筒座（8）的顶部固定有风机塔筒（7），所述风机塔筒（7）的顶部安装有风机，所述风机的风机旋转轴（2）上安装有风机叶片（1）；

2.根据权利要求1所述一种环境自适应漂浮式风电机组，其特征在于：所述第一底座前连接端（9a）和第二底座前连接端（9b）采用扇形空心混凝土板拼接组成，且所述塔筒座（8）采用混凝土圆台，圆台向靠近锚链（17）的一侧倾斜。

3.根据权利要求2所述一种环境自适应漂浮式风电机组，其特征在于：所述v型底座左侧结构（11）和v型底座右侧结构（12）都采用多个空心混凝土板块串联而成，每个空心混凝土板块贯穿有两个通孔，使用两条钢索将空心混凝土板块串联，其中空心混凝土板块有斜度的一面朝向外侧。

4.根据权利要求3所述一种环境自适应漂浮式风电机组，其特征在于：所述v型底座左侧结构（11）和v型底座右侧结构（12）分别由七组空心混凝土板块构成。

5.根据权利要求4所述一种环境自适应漂浮式风电机组，其特征在于：所述v型底座（9）的中心部位设置有扭簧（15），扭簧（15）与圆柱形浮筒（3）采用同轴心布置，扭簧（15）的两端与v型底座左侧结构（11）的第一左侧板块（11a）以及v型底座右侧结构（12）的第一右侧板块（12a）相连接；

6.根据权利要求5所述一种环境自适应漂浮式风电机组，其特征在于：所述夹角调节机构包括固定在v型底座左侧结构（11）顶部的第一支撑底座（10a），第一支撑底座（10a）与第一液压缸（5a）的第一活塞杆（6a）末端铰接，第一液压缸（5a）的缸体通过缸体铰接座（4）铰接在风机塔筒（7）上；

7.根据权利要求6所述一种环境自适应漂浮式风电机组，其特征在于：所述鼓形浮筒组件（14）包括通过第一连接板（16a）固定在v型底座左侧结构（11）末端的第一鼓形浮筒（14a）；

8.根据权利要求1所述一种环境自适应漂浮式风电机组，其特征在于：所述阻尼结构（13）包括设置在圆柱形浮筒（3）外壁上的大环形板（13b），所述圆柱形浮筒（3）的本外壁上并位于大环形板（13b）的两侧设置有第一小环形板（13a）和第二小环形板（13c）。

9.根据权利要求3所述一种环境自适应漂浮式风电机组，其特征在于：所述第一小环形板（13a）、大环形板（13b）和第二小环形板（13c）都采用混凝土环形板，并设置有大小、位置不均匀的通孔；第一小环形板（13a）、大环形板（13b）和第二小环形板（13c）间均匀设置有一定间隙；

10.权利要求1-9任意一项所述一种环境自适应漂浮式风电机组的运行控制方法，其特征在于：控制夹角调节机构，通过夹角调节机构将v型底座左侧结构（11）和v型底座右侧结构（12）拉开或合拢，以实现对环境的自适应；

技术总结本发明提供了一种环境自适应漂浮式风电机组及其运行控制方法，V型底座的顶部固定有塔筒座，塔筒座的顶部固定有风机塔筒，风机塔筒的顶部安装有风机，V型底座的底部安装有圆柱形浮筒，圆柱形浮筒上设置有阻尼结构；V型底座包括相对转动设置的第一底座前连接端和第二底座前连接端，第一底座前连接端的端头连接有V型底座左侧结构，第二底座前连接端的端头连接有V型底座右侧结构；V型底座左侧结构和V型底座右侧结构与风机塔筒之间设置有用于控制第一底座前连接端和第二底座前连接端张开或者合拢的夹角调节机构。通过控制两侧底座的角度和变桨从而控制该风电机组的运行，从而适应不同的海水流速、风速和风向，实现环境自适应。技术研发人员：邓月,张一鸣,李垚,余小辉,关远,吴小龙受保护的技术使用者：三峡大学技术研发日：技术公布日：2024/6/23