CN103541861B - 浮动式风电机组塔架负阻尼抑制系统和方法 - Google Patents

Abstract

公开一种浮动式风电机组塔架负阻尼抑制系统和方法。所述浮动式风电机组塔架负阻尼抑制系统包括增益调度表，用于根据叶片桨距角选择PI控制器的增益；PI控制器，接收机舱速度差信号作为输入信号，并根据增益调度表选择的增益对输入信号进行PI控制，以输出变桨补偿角度，其中，根据设置在风电机组的机舱内部的加速度传感器或速度传感器测量的机舱加速度或机舱速度获得所述机舱速度差信号，并且风电机组的变桨执行机构通过使用所述变桨补偿角度来执行变桨操作。

Description

浮动式风电机组塔架负阻尼抑制系统和方法

技术领域

本发明涉及风力发电机的控制策略，更具体地讲，涉及一种用于抑制浮动式风电机组在满发工况下由塔架运动产生的负阻尼作用的浮动式风电机组塔架负阻尼抑制系统和方法。

背景技术

随着海上风电技术的发展以及近海风资源的日益开发，近海环境、渔业、海上交通等因素限制，逐步由近海风电开始扩展深海区域。深海风电技术需要采用浮动式基础平台作为支撑，并采用锚链设备、动力定位设备等对浮动平台进行定位、保持稳定。

浮动式机组承载平台受到海洋环境波浪、海流等作用，影响机组整体性能，各部件载荷尤其是塔架底部载荷较陆地基础大。载荷增大的原因主要是基础平台的运动响应所产生的惯性力作用。由此，需要对整体结构重新设计，以满足浮动式机组在海洋恶劣的环境能够安全可靠地服役。目前，有两种方案可以解决塔架底部载荷增大的问题，一个是可以增加塔架刚度，但从经济上分析成本增加很多；另一个方法是改善平台的响应机制，降低基础平台的运动响应幅度。

改善平台响应机制比较可行且成本较低的方法是提高平台的阻尼。变速变桨机组采用传统的控制策略，在额定风速以上即恒功率阶段，机组承受的轴向推力随着桨距角的增大而减小。由于基础运动，以及机组的控制特性，容易在额定风速以上运行区域产生负阻尼，直接导致整机发生谐振。因此，需要改善平台的阻尼值，其越大越好。

浮动机组系统负阻尼的产生，会使得整个系统越来越不稳定，影响机组的发电性能；同时容易造成发电机过速、机舱加速度超限、浮体平台倾斜严重等问题。浮动式机组在强阵风作用下，变桨动作快速响应更容易造成塔架一阶固有频率和浮体平台纵倾频率振动加剧，从而使整机更不稳定。

第200480040652.2号中国专利公开了一种风力发电装置及其主动式减振方法以及风车塔架。该专利的实现方法如下所述。利用安装在机舱内部检测机舱振动的加速度仪，根据加速度仪检测的加速度信号，进行积分求出速度，并对速度进行相位补偿调整；利用速度计算出用来使风机叶片产生消除机舱振动的推力的桨距角，并与主控制器计算的桨距角需求加法处理，得到变桨执行机构的需求指令。

然而，该专利虽然用于陆地机组能较好地体现效果，但是对于海上浮动式机组则效果不明显。该专利的变桨补偿控制器的输入为机舱瞬时速度，直接以瞬时速度乘以增益得到变桨补偿指令，指令值会经常过大以致最终输出给变桨执行机构的需求指令过大，变桨动作快速，对抑制负阻尼的产生起较小的作用，甚至加剧负阻尼扩大；该专利对加速度信号采用相位补偿调整和二阶低通滤波，未采用带通滤波器以截取塔架一阶固有频率对应的加速度信号，这样容易产生得到的变桨补偿值并不是由于塔架固有频率振动造成的。

第201210333685.2号中国专利申请用于海上浮动式机组，对塔架本征固有频率振动进行衰减。利用机舱加速度仪采集的加速度信号，进行高通、相位补偿、低通滤波器的处理，获得对应塔架本征固有频率的振动信号；根据加速度值计算机舱的当前速度，通过建立桨距角-机舱速度的环路，析出传递函数构成稳定器；通过获得的速度值和稳定器，计算得到的附加桨距角用于衰减由塔架本征频率引起的振动。

该专利是在如上所述的第200480040652.2号中国专利的基础上扩展深入，主要用于浮动式机组的研究开发，其引入了高通、相位补偿、低通滤波器对加速度信号进行处理，从而获得对应本征频率的加速度信号。然而，该专利采用高通、相位补偿、低通滤波器，较为繁琐，且容易因参数调整的失误而造成加速度信号的偏差；该专利同样采用的是经过加速度积分的速度信号作为输入，获得附加的桨距角，容易造成附加桨距角过大。

发明内容

因此，本发明的一方面在于提供一种浮动式风电机组塔架负阻尼抑制系统和方法，所述系统和方法能够抑制浮动式风电机组在满发工况下由塔架运动产生的负阻尼作用从而对塔架振动和浮动基础运动响应进行有效的衰减。

根据本发明的一方面，提供一种浮动式风电机组塔架负阻尼抑制系统，包括：增益调度表，用于根据叶片桨距角选择PI控制器的增益；PI控制器，接收机舱速度差信号作为输入信号，并根据增益调度表选择的增益对输入信号进行PI控制，以输出变桨补偿角度，其中，根据设置在风电机组的机舱内部的加速度传感器或速度传感器测量的机舱加速度或机舱速度获得所述机舱速度差信号，并且风电机组的变桨执行机构通过使用所述变桨补偿角度来执行变桨操作。

优选地，变桨执行机构根据变桨位置需求与所述变桨补偿角度之和来执行变桨操作。

优选地，风电机组的主控制器根据转速测量模块测量的电机转速信号计算变桨位置需求。

优选地，风电机组的主控制器对测量的电机转速信号和电机转速信号设定值进行比较，并通过对比较结果执行PI控制来计算变桨位置需求。

优选地，当叶片桨距角小于第一预定角度时，增益调度表将比例增益设置为第一增益，当叶片桨距角大于第二预定角度时，增益调度表将比例增益设置为第二增益，当叶片桨距角在第一预定角度和第二预定角度之间时，增益调度表将比例增益设置为随着叶片桨距角增大而从第一增益到第二增益线性减小，其中，第一预定角度小于第二预定角度，第一增益大于第二增益。

优选地，将速度传感器测量的当前机舱速度与延迟的机舱速度相减，从而获得所述机舱速度差信号，其中，通过使用延迟器将当前机舱速度延迟一个风电机组的主控制器的执行步长获得所述延迟的机舱速度。

优选地，使用带通滤波器对加速度传感器测量的加速度进行带通滤波，将滤波后的加速度与延迟的加速度相加，并乘以1/2风电机组的主控制器的执行步长，从而获得所述机舱速度差信号，其中，通过使用延迟器将滤波后的加速度延迟一个风电机组的主控制器的执行步长获得所述延迟的加速度。

优选地，所述带通滤波器包括并联连接的两个带通滤波单元，一个带通滤波单元的中心频率为浮动式风电机组塔架本征固有频率，另一个带通滤波单元的中心频率为浮动平台本征固有频率。

优选地，所述两个带通滤波单元的传递函数如下所示：

$H\left(s\right)=K\·\frac{2\mathrm{\ζ}{\mathrm{\ω}}_{n}s(1+\mathrm{\τs})}{s^2+2\mathrm{\ζ}{\mathrm{\ω}}_{n}s+{{\mathrm{\ω}}_n}^2},$

其中，ζ是带通滤波单元的阻尼比，ω_n是塔架本征固有频率或浮动平台本征固有频率，K是带通滤波单元的增益，τ是时间常数。

优选地，通过使用Simulink建立系统响应环路来对PI控制器的增益进行调整。

根据本发明的另一方面，提供一种浮动式风电机组塔架负阻尼抑制方法，包括以下步骤：（a）根据叶片桨距角选择PI控制器的增益；（b）根据设置在风电机组的机舱内部的加速度传感器或速度传感器测量的机舱加速度或机舱速度获得机舱速度差信号；（c）接收机舱速度差信号作为输入信号，并根据选择的增益对输入信号进行PI控制，以输出变桨补偿角度；（d）通过使用所述变桨补偿角度来执行变桨操作。

优选地，步骤（d）包括：根据变桨位置需求与所述变桨补偿角度之和来执行变桨操作。

优选地，风电机组的主控制器根据转速测量模块测量的电机转速信号计算变桨位置需求。

优选地，风电机组的主控制器对测量的电机转速信号和电机转速信号设定值进行比较，并通过对比较结果执行PI控制来计算变桨位置需求。

优选地，步骤（a）包括：当叶片桨距角小于第一预定角度时，将比例增益设置为第一增益；当叶片桨距角大于第二预定角度时，将比例增益设置为第二增益；当叶片桨距角在第一预定角度和第二预定角度之间时，将比例增益设置为随着叶片桨距角增大而从第一增益到第二增益线性减小，其中，第一预定角度小于第二预定角度，第一增益大于第二增益。

优选地，步骤（b）包括：将速度传感器测量的当前机舱速度与延迟的机舱速度相减，从而获得所述机舱速度差信号，其中，通过使用延迟器将当前机舱速度延迟一个风电机组的主控制器的执行步长获得所述延迟的机舱速度。

优选地，步骤（b）包括：使用带通滤波器对加速度传感器测量的加速度进行带通滤波，将滤波后的加速度与延迟的加速度相加，并乘以1/2风电机组的主控制器的执行步长，从而获得所述机舱速度差信号，其中，通过使用延迟器将滤波后的加速度延迟一个风电机组的主控制器的执行步长获得所述延迟的加速度。

优选地，所述带通滤波器包括并联连接的两个滤波单元，一个滤波单元的中心频率为浮动式风电机组塔架本征固有频率，另一个滤波单元的中心频率为浮动平台本征固有频率。

优选地，所述带通滤波器的传递函数如下所示：

$H\left(s\right)=K\·\frac{2\mathrm{\ζ}{\mathrm{\ω}}_{n}s(1+\mathrm{\τs})}{s^2+2\mathrm{\ζ}{\mathrm{\ω}}_{n}s+{{\mathrm{\ω}}_n}^2},$

其中，ζ是滤波单元的阻尼比，ω_n是塔架本征固有频率或浮动平台本征固有频率，K是滤波单元的增益，τ是时间常数。

优选地，所述浮动式风电机组塔架负阻尼抑制方法还包括以下步骤：通过使用Simulink建立系统响应环路来对PI控制器的增益进行调整。

根据本发明的另一方面，提供一种包括如上所述的浮动式风电机组塔架负阻尼抑制系统的浮动式风电机组。

附图说明

通过下面结合附图对实施例进行的描述，本发明的这些和/或其他方面和优点将会变得清楚和更易于理解，在附图中：

图1是示出根据本发明的实施例的用于浮动式风电机组控制的策略的示图；

图2是示出根据本发明的实施例的浮动式风电机组塔架负阻尼抑制系统的框图；

图3是示出根据本发明的实施例的增益调度表中的叶片桨距角与比例增益之间的关系的示图；

图4A和图4B是示出根据本发明的实施例的获得机舱速度差信号的操作的示图；

图5是示出根据本发明的实施例的浮动式风电机组塔架负阻尼抑制方法的流程图；

图6示出具有负阻尼抑制系统和不具有负阻尼抑制系统的浮动式风电机组的Bode图和时域图；

图7是示出采用FAST软件仿真某一浮动式风电机组模型的示图；

图8是示出浮动式风电机组塔架底部弯矩My的对比图；

图9是示出浮动式风电机组基础平台的纵倾响应幅度的示图。

具体实施方式

在下文中参照附图更充分地描述本发明，在附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式来实施，且不应该解释为局限于在这里所提出的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开将是彻底和完全的，并将本发明的范围充分地传达给本领域技术人员。

图1是示出根据本发明的实施例的用于浮动式风电机组控制的策略的示图。

如图1所示，在额定风速以下，功率追求最大化，电机扭矩与电机转速的平方成正比；叶片桨距角保持恒定值，该值为最大功率系数Cp对应的最优桨距角。由于功率是电机扭矩与电机转速的乘积，在变转速范围内随转速上升，同时转速与风速是相互对应，即功率也随着风速的增大而增加。桨距角保持不变，叶片产生的气动推力随风速的增加而增大。反之，在额定风速以上，控制算法着眼于恒定功率。转速围绕额定转速值在很小范围波动，通常转速波动保持在0.9-1.1倍额定转速范围。维持恒定的功率，由当前的电机转速计算控制扭矩需求；同时，通过调节叶片桨距角来控制功率。如果风速增加，增大桨距角以降低气动扭矩，并且降低了叶片气动推力。

以下对浮动式风电机组负阻尼产生机制进行描述。

在额定风速以下，气动推力与风速成正比关系，气动推力对于浮动式系统而言是正阻尼，对塔架振动起到衰减的作用。在额定风速以上，气动推力会随着风速的增大而减小，此时容易产生系统负阻尼。如果平均风速突然增加，并在一定时间内保持恒值，则浮动机组朝逆风的方向振动，即机舱速度方向，此时机舱速度为V；叶片受到的相对风速增加，控制算法给出增加桨距角的指令以维持恒定的功率，叶片受到的气动推力减小，形成负阻尼，以致浮动系统进一步朝逆风的方向振动，机舱测量的速度增大为V+ΔV。之后，相对速度继续增加，推力变小，系统振动加剧，从而造成不稳定的系统。

图2是示出根据本发明的实施例的浮动式风电机组塔架负阻尼抑制系统的框图。根据本发明的示例性实施例，图2中所示的系统可应用于现有的各种浮动式风电机组。

参照图2，浮动式风电机组塔架负阻尼抑制系统300包括增益调度表310和比例积分（PI）控制器320。

增益调度表310可根据叶片桨距角选择PI控制器320的增益。具体地讲，PI控制器320的增益（包括比例增益Kp和积分增益Ki）是随着叶片桨距角的变化而变化的值，而非一个固定值。例如，如图3所示，当叶片桨距角小于角度1时，增益调度表310可选择一个恒定值（Kp1）作为比例增益Kp，当叶片桨距角大于角度2时，增益调度表310可选择另一个恒定值（Kp2）作为比例增益Kp，当叶片桨距角在角度1和角度2之间时，增益调度表310可选择随着叶片桨距角增大而从恒定值Kp1到恒定值Kp2线性减小的一个值作为比例增益Kp。此外，PI控制器320的时间常数Ti可保持为一个恒定值，从而增益调度表310可通过计算Kp/Ti来选择相应的积分增益Ki。

PI控制器320接收机舱速度差信号e（s）作为输入信号，并根据增益调度表310选择的增益对输入信号进行PI控制，以输出变桨补偿角度Δθ。这里，根据设置在风电机组的机舱内部的加速度传感器或速度传感器测量的机舱加速度或机舱速度获得机舱速度差信号，而风电机组的变桨执行机构可通过使用所述变桨补偿角度来执行变桨操作。可选择地，风电机组的主控制器可对转速测量模块测量的电机转速信号和电机转速信号设定值进行比较，并通过对比较结果执行PI控制来计算变桨位置需求。其后，变桨执行机构可根据变桨位置需求与变桨补偿角度之和来执行变桨操作。这样，通过所述机舱速度差信号、变桨位置需求和变桨补偿角度，浮动式风电机组塔架负阻尼抑制系统300、变桨执行机构可构成一个闭环系统。

图4A和图4B是示出根据本发明的实施例的获得机舱速度差信号的操作的示图。

参照图4A，可通过设置在机舱内部的速度传感器获取当前机舱速度，然后将当前机舱速度与延迟的机舱速度相减，从而获得所述机舱速度差信号e（s）。这里，可通过使用延迟器将当前机舱速度r（s）延迟一个风电机组的主控制器的执行步长T获得延迟的机舱速度c（s）。由于浮动式风电机组系统固有频率低，系统响应较慢，因此假定上一时刻系统处于稳定状态，即系统无负阻尼，则机舱速度作为抑制负阻尼系统的参考输入信号；当前机舱速度与参考输入信号相减即可获得机舱速度差信号e（s）。

参照图4B，可通过设置在机舱内部的加速度传感器获取加速度，然后使用带通滤波器对加速度进行带通滤波，将滤波后的加速度与延迟的加速度相加，并乘以1/2风电机组的主控制器的执行步长，从而获得机舱速度差信号e（s）。这里，可通过使用延迟器将滤波后的加速度延迟一个风电机组的主控制器的执行步长获得延迟的加速度。进一步讲，带通滤波器包括两个并联连接的带通滤波单元，一个带通滤波单元的中心频率取塔架本征固有频率，另一个带通滤波单元的中心频率取浮动平台本征固有频率，表示加速度信号只与塔架本征固有频率和浮动平台本征固有频率相关，使得经过负阻尼抑制系统输出的变桨补偿角度只用于消除由塔架本征固有频率引起振动产生的负阻尼。中心频率对应的相位没有滞后或超前，不需要对相位再进行相位调整。两个带通滤波单元的传递函数如下所示：

$H\left(s\right)=K\·\frac{2\mathrm{\ζ}{\mathrm{\ω}}_{n}s(1+\mathrm{\τs})}{s^2+2\mathrm{\ζ}{\mathrm{\ω}}_{n}s+{{\mathrm{\ω}}_n}^2},$

其中，ζ是带通滤波单元的阻尼比，ω_n是塔架本征固有频率或浮动平台本征固有频率，K是带通滤波单元的增益，τ是时间常数。

可选择地，可使用Simulink建立系统响应环路来对PI控制器320的增益进行进一步的调整。例如，可选择额定风速以上的两个风速（一般分别选择靠近额定风速和靠近切出风速的两个风速）进行线性化，并使用Simulink建立系统响应环路。这样，通过调整PI控制器320的比例增益和积分增益，可实现参数优化。

图5是示出根据本发明的实施例的浮动式风电机组塔架负阻尼抑制方法的流程图。

参照图5，在步骤S601中，根据叶片桨距角选择PI控制器的增益。如上所述，当叶片桨距角小于角度1时，可选择一个恒定值（Kp1）作为比例增益Kp，当叶片桨距角大于角度2时，可选择另一个恒定值（Kp2）作为比例增益Kp，当叶片桨距角在角度1和角度2之间时，可选择随着叶片桨距角增大而从恒定值Kp1到恒定值Kp2线性减小的一个值作为比例增益Kp。此外，可通过计算Kp/Ti来选择相应的积分增益Ki。

在步骤S602中，根据设置在风电机组的机舱内部的加速度传感器或速度传感器测量的机舱加速度或机舱速度获得机舱速度差信号。例如，可将速度传感器测量的当前机舱速度与延迟的机舱速度相减，从而获得机舱速度差信号。这里，通过使用延迟器将当前机舱速度延迟一个风电机组的主控制器的执行步长获得延迟的机舱速度。另一方面，可使用带通滤波器对加速度传感器测量的加速度进行带通滤波，将滤波后的加速度与延迟的加速度相加，并乘以1/2风电机组的主控制器的执行步长，从而获得机舱速度差信号。这里，可通过使用延迟器将滤波后的加速度延迟一个风电机组的主控制器的执行步长获得延迟的加速度。如上所述，所述带通滤波器包括两个并联连接的带通滤波单元，一个带通滤波单元的中心频率为浮动式风电机组塔架本征固有频率，另一个带通滤波单元的中心频率为浮动平台本征固有频率，并且两个带通滤波单元的传递函数如下所示：

$H\left(s\right)=K\·\frac{2\mathrm{\ζ}{\mathrm{\ω}}_{n}s(1+\mathrm{\τs})}{s^2+2\mathrm{\ζ}{\mathrm{\ω}}_{n}s+{{\mathrm{\ω}}_n}^2},$

其中，ζ是带通滤波单元的阻尼比，ω_n是塔架本征固有频率或浮动平台本征固有频率，K是带通滤波单元的增益，τ是时间常数。

在步骤S603中，接收机舱速度差信号作为输入信号，并根据选择的增益对输入信号进行PI控制，以输出变桨补偿角度。

在步骤S604中，通过使用变桨补偿角度来执行变桨操作。如上所述，可根据变桨位置需求与变桨补偿角度之和来执行变桨操作。风电机组的主控制器可根据转速测量模块测量的电机转速信号计算变桨位置需求。具体地讲，风电机组的主控制器对测量的电机转速信号和电机转速信号设定值进行比较，并通过对比较结果执行PI控制来计算变桨位置需求。

可选择地，还可通过使用Simulink建立系统响应环路来对PI控制器的增益进行调整。

图6示出具有负阻尼抑制系统和不具有负阻尼抑制系统的浮动式风电机组的Bode图和时域图。在图6中，虚线表示不具有负阻尼抑制系统，实线表示具有负阻尼抑制系统。如图6所示，具有负阻尼抑制系统的机舱信号幅值在塔架本征固有频率处和浮动平台本征固有频率有大幅减小，从时域图可以很明显地看出具有负阻尼抑制系统可以大幅降低塔架固有频率和浮动平台本征固有频率的振动。

图7是示出采用FAST软件仿真某一浮动式风电机组模型的示图，其中，机组额定风速为13m/s，仿真风速为17m/s，波高为1m，截取部分时间段的数据。在图7中示出的是发电功率曲线，虚线表示不具有负阻尼抑制系统，实线表示具有负阻尼抑制系统。具有负阻尼抑制系统的功率运行曲线较平稳，特别是在280s附近，具有负阻尼抑制系统的曲线平稳，而不具有负阻尼抑制系统的功率发生跌落，导致功率大幅损失。

图8是示出浮动式风电机组塔架底部弯矩My的对比图。如图8所示具有负阻尼抑制系统的实线波动明显比不具有负阻尼抑制系统的虚线小，从而可以减小在服役期间的疲劳载荷，提高机组服役寿命。

图9是示出浮动式风电机组基础平台的纵倾响应幅度的示图。如图9所示，具有负阻尼抑制系统的实线振幅波动比不具有负阻尼抑制系统的虚线小，增强浮体平台的稳性。浮体运动幅度较小有利于机组的运行、机组精密仪器的运行。

根据本发明的实施例的浮动式风电机组塔架负阻尼抑制系统可以使浮动式风电机组在满发工况下抑制由于塔架动作产生的负阻尼，使系统更加稳定。对于提高浮动式机组可利用率、机组发电量和机组适应性方面发挥重要作用。此外，通过采用根据本发明的实施例的浮动式风电机组塔架负阻尼抑制系统，可以使浮动式风电机组在更宽的变桨带宽、更宽的风速范围运行，从而可以使浮动式风电机组变桨响应变加快，而不会导致系统不稳定和降低电机转速波动范围。此外，通过采用根据本发明的实施例的浮动式风电机组塔架负阻尼抑制系统，可以衰减由于塔架本征固有频率和浮动平台本征固有频率产生的谐振，进一步衰减机舱加速度和浮体平台的运动响应幅度，从而在保持功率平稳的情况下，降低由于平台运动引起的各部件载荷，尤其是塔架底部的载荷，降低制造成本。

上述根据本发明的示例性实施例的浮动式风电机组塔架负阻尼抑制方法可以被实现为软件或计算机代码。所述软件或计算机代码可被存储在非暂时性记录介质（只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）、致密盘（CD）-ROM、磁带、软盘、光学数据存储装置和载波（诸如通过互联网的数据传输））中或通过网络下载，其中，所述计算机代码最初存储在远程记录介质、计算机可读记录介质、或非暂时性机器可读介质上并将被存储在本地记录介质上，从而描述于此的方法可使用通用计算机、数字计算机或专用处理器以存储在记录介质上的这样的软件、计算机代码、软件模块、软件对象、指令、应用程序、小应用程序、app等来实施，或者在可编程硬件或专用硬件（诸如ASIC或FPGA）中被实施。如本领域中所理解：计算机、处理器、微处理器控制器或可编程的硬件包括易失性和/或非易失性存储器和存储器组件（例如RAM、ROM、闪存等），其中，所述存储器和存储器元件可存储或接收软件或计算机代码，其中，所述软件或计算机代码在被计算机、处理器或硬件访问并执行时将实施描述于此的处理方法。此外，将认识到：当通用计算机访问用于实施于此示出的处理的代码时，所述代码的执行将通用计算机转变为用于执行于此示出的处理的专用计算机。此外，程序可以通过任何介质（例如，通过有线/无线连接发送的通信信号及其等同物）以电子方式被传送。所述程序和计算机可读记录介质也可以分布于联网的计算机系统中，从而以分布的形式存储和执行计算机可读代码。

虽然已经显示和描述了一些实施例，但是本领域技术人员应该理解，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (21)

1.一种浮动式风电机组塔架负阻尼抑制系统，包括：

增益调度表，用于根据叶片桨距角选择PI控制器的增益；

PI控制器，接收机舱速度差信号作为输入信号，并根据增益调度表选择的增益对输入信号进行PI控制，以输出变桨补偿角度，

其中，将设置在风电机组的机舱内部的速度传感器测量的当前机舱速度与延迟的机舱速度相减，从而获得所述机舱速度差信号，或者，使用带通滤波器对利用设置在风电机组机舱内部的加速度传感器测量的加速度进行带通滤波，将滤波后的加速度与延迟的加速度相加，并乘以1/2风电机组的主控制器的执行步长，从而获得所述机舱速度差信号，并且风电机组的变桨执行机构通过使用所述变桨补偿角度来执行变桨操作。

2.根据权利要求1所述的浮动式风电机组塔架负阻尼抑制系统，其中，变桨执行机构根据变桨位置需求与所述变桨补偿角度之和来执行变桨操作。

3.根据权利要求2所述的浮动式风电机组塔架负阻尼抑制系统，其中，风电机组的主控制器根据转速测量模块测量的电机转速信号计算变桨位置需求。

4.根据权利要求3所述的浮动式风电机组塔架负阻尼抑制系统，其中，风电机组的主控制器对测量的电机转速信号和电机转速信号设定值进行比较，并通过对比较结果执行PI控制来计算变桨位置需求。

5.根据权利要求1所述的浮动式风电机组塔架负阻尼抑制系统，其中，当叶片桨距角小于第一预定角度时，增益调度表将比例增益设置为第一增益，当叶片桨距角大于第二预定角度时，增益调度表将比例增益设置为第二增益，当叶片桨距角在第一预定角度和第二预定角度之间时，增益调度表将比例增益设置为随着叶片桨距角增大而从第一增益到第二增益线性减小，

其中，第一预定角度小于第二预定角度，第一增益大于第二增益。

6.根据权利要求1所述的浮动式风电机组塔架负阻尼抑制系统，其中，通过使用延迟器将当前机舱速度延迟一个风电机组的主控制器的执行步长获得所述延迟的机舱速度。

7.根据权利要求1所述的浮动式风电机组塔架负阻尼抑制系统，其中，通过使用延迟器将滤波后的加速度延迟一个风电机组的主控制器的执行步长获得所述延迟的加速度。

8.根据权利要求7所述的浮动式风电机组塔架负阻尼抑制系统，其中，所述带通滤波器包括并联连接的两个带通滤波单元，一个带通滤波单元的中心频率为浮动式风电机组塔架本征固有频率，另一个带通滤波单元的中心频率为浮动平台本征固有频率。

9.根据权利要求8所述的浮动式风电机组塔架负阻尼抑制系统，其中，所述两个带通滤波单元的传递函数如下所示：

$H\left(s\right)=K\·\frac{2{\mathrm{\ζ\ω}}_{n}s(1+\mathrm{\τ}s)}{s^2+2{\mathrm{\ζ\ω}}_{n}s+{{\mathrm{\ω}}_n}^2},$

其中，ζ是带通滤波单元的阻尼比，ω_n是塔架本征固有频率或浮动平台本征固有频率，K是带通滤波单元的增益，τ是时间常数。

10.根据权利要求1所述的浮动式风电机组塔架负阻尼抑制系统，其中，通过使用Simulink建立系统响应环路来对PI控制器的增益进行调整。

11.一种浮动式风电机组塔架负阻尼抑制方法，包括以下步骤：

(a)根据叶片桨距角选择PI控制器的增益；

(b)将速度传感器测量的当前机舱速度与延迟的机舱速度相减，从而获得所述机舱速度差信号，或者，使用带通滤波器对加速度传感器测量的加速度进行带通滤波，将滤波后的加速度与延迟的加速度相加，并乘以1/2风电机组的主控制器的执行步长，从而获得所述机舱速度差信号；

(c)接收机舱速度差信号作为输入信号，并根据选择的增益对输入信号进行PI控制，以输出变桨补偿角度；

(d)通过使用所述变桨补偿角度来执行变桨操作。

12.根据权利要求11所述的浮动式风电机组塔架负阻尼抑制方法，其中，步骤(d)包括：根据变桨位置需求与所述变桨补偿角度之和来执行变桨操作。

13.根据权利要求12所述的浮动式风电机组塔架负阻尼抑制方法，其中，风电机组的主控制器根据转速测量模块测量的电机转速信号计算变桨位置需求。

14.根据权利要求13所述的浮动式风电机组塔架负阻尼抑制方法，其中，风电机组的主控制器对测量的电机转速信号和电机转速信号设定值进行比较，并通过对比较结果执行PI控制来计算变桨位置需求。

15.根据权利要求11所述的浮动式风电机组塔架负阻尼抑制方法，其中，步骤(a)包括：当叶片桨距角小于第一预定角度时，将比例增益设置为第一增益；当叶片桨距角大于第二预定角度时，将比例增益设置为第二增益；当叶片桨距角在第一预定角度和第二预定角度之间时，将比例增益设置为随着叶片桨距角增大而从第一增益到第二增益线性减小，

其中，第一预定角度小于第二预定角度，第一增益大于第二增益。

16.根据权利要求11所述的浮动式风电机组塔架负阻尼抑制方法，其中，通过使用延迟器将当前机舱速度延迟一个风电机组的主控制器的执行步长获得所述延迟的机舱速度。

17.根据权利要求11所述的浮动式风电机组塔架负阻尼抑制方法，其中，通过使用延迟器将滤波后的加速度延迟一个风电机组的主控制器的执行步长获得所述延迟的加速度。

18.根据权利要求17所述的浮动式风电机组塔架负阻尼抑制方法，其中，所述带通滤波器包括并联连接的两个滤波单元，一个滤波单元的中心频率为浮动式风电机组塔架本征固有频率，另一个滤波单元的中心频率为浮动平台本征固有频率。

19.根据权利要求18所述的浮动式风电机组塔架负阻尼抑制方法，其中，所述带通滤波器的传递函数如下所示：

$H\left(s\right)=K\·\frac{2{\mathrm{\ζ\ω}}_{n}s(1+\mathrm{\τ}s)}{s^2+2{\mathrm{\ζ\ω}}_{n}s+{{\mathrm{\ω}}_n}^2},$

其中，ζ是滤波单元的阻尼比，ω_n是塔架本征固有频率或浮动平台本征固有频率，K是滤波单元的增益，τ是时间常数。

20.根据权利要求11所述的浮动式风电机组塔架负阻尼抑制方法，还包括以下步骤：通过使用Simulink建立系统响应环路来对PI控制器的增益进行调整。

21.一种包括根据权利要求1至权利要求10中的任意一项权利要求所述的浮动式风电机组塔架负阻尼抑制系统的浮动式风电机组。