CN109340055A - 一种海上风电机组整体安装方法、软着陆动力控制系统及其方法 - Google Patents

一种海上风电机组整体安装方法、软着陆动力控制系统及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种海上风电机组整体安装方法、软着陆动力控制系统及其方法，在陆地上将风电机组的机舱、轮毂、叶片和上部塔筒组装调试，减少高空对接作业，降低了安装难度。用起重船将风电机组拖至安装点，将风机整体吊装到风机平台上，在平台上进行风电机组与下段塔筒的连接，可有效防止海浪等因素的颠簸。本发明采用软着陆动力控制系统及其方法，利用模糊PID自适应控制，在风电机组随吊索下放与海上基础平台发生对接的过程中，可有效避免风机多次与平台剧烈碰撞而导致损坏。

Description

一种海上风电机组整体安装方法、软着陆动力控制系统及其 方法
技术领域
本发明属于海上风力发电机组安装技术领域，涉及一种海上风电机组整体安装方法、软着陆动力控制系统及其方法。
背景技术
海上风能资源丰富，海上风力发电机的潜能巨大，近年来随着海上风电技术的成熟与发展，海上大型风力发电机组的安装已越来越广泛。但是海上大型风力发电机组的安装施工难度大，如采用分体吊装时，安装过程中需要将风机叶片与已安装好的风电机组进行高空对接，对精准控制的要求比较高，以致施工人员增多，安装成本提高。另外，由于海上风电机组的安装处于一个多变的环境，传统的海上风电机组安装控制技术、尤其是现有技术的固定控制参数的控制策略无法满足其需求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种海上风电机组整体安装方法、软着陆动力控制系统及其方法，减少高空安装的步骤，并采用软着陆的控制方法，降低安装过程中的设备碰损，简化操作，降低人工和安装成本。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。
本发明的一种海上风电机组整体安装方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1.在陆地上将风电机组的机舱、轮毂、叶片和上段塔筒进行组装并调试；
步骤2.在海上安装平台上进行风电机组与下段塔筒的连接。
进一步地，所述步骤1的具体过程为：
(1.1)首先组装轮毂支架，然后将轮毂主轴法兰向下安装到轮毂支架上，用固定件固定轮毂；检查接合面并清洁；
(1.2)安装导流罩，用连接件，把导流罩固定到轮毂上，在所有连接件上涂润滑剂并在连接处加胶密封；
(1.3)检查各部件编号和叶片确保无损伤、进行防腐保护；
(1.4)将叶片正确安装到位，并用固定件固定；
(1.5)将步骤(1.1)至(1.4)组装好的部分连接到上段塔筒上，并清洁接合面，完成风电机组和上段塔筒的组装。
进一步地，所述步骤2的具体过程包括：
(2.1)先用起重船将风电机组和上段塔筒的组装件拖至安装点，将风电机组和上段塔筒的组装件整体用吊绳吊装到海上安装平台上，在此平台上进行与下段塔筒的连接；
(2.2)当起重船吊着风电机组和上段塔筒的组装件下降到一定高度时开始向下部就位系统上设置的粗导向板上靠近；上部吊架系统的外围钢管与粗导向板接触后，沿着粗导向板下降；下部就位系统外围的软着陆系统的缓冲液压缸触碰到上部就位系统的着力平台时，缓冲液压缸吸收冲击能量，从而使风电机组和上段塔筒的组装件在下降过程速度减缓而不受损伤；
(2.3)当上述缓冲过程结束后，下部就位系统的同步升降系统配合起吊机而同步升降；
(2.4)同步升降结束后，精定位自动对中系统开始进行精定位，以便上段塔筒和下段塔筒的对应的固定定位孔对准，并在所有定位孔中插入定位销；然后再下降使内法兰面贴合，此时拔出定位销，在对准的各定位孔内安装固定件。
本发明的一种海上风电机组整体安装软着陆动力控制系统，其特征在于，包括模糊控制系统、控制阀、储能器、传感器、缓冲液压系统；缓冲液压系统包括安装架、缓冲液压缸1；所述的安装架通过螺栓与风电机组轮毂主轴法兰相连接；数个所述的缓冲液压缸1均匀地分布置于安装架的周边上；缓冲液压缸包括缸体和芯柱；各缸体和芯柱均各引出一条管路，并由一个弱电驱动的控制阀联通，组成旁路系统；所述的传感器包括压力传感器和加速度传感器；所述的模糊控制系统包括第一模糊PID控制器和第二模糊PID控制器；
模糊控制系统通过传感器分别采集压力和加速度信号，得到储能器体积变化、液压缸流量和位置以及缓冲加速度，从而计算出控制阀进出口压差，通过加速度反馈控制实现加速度的匀速减速缓冲控制；模糊控制系统的第一模糊PID控制器和第二模糊PID控制器根据控制信号大小，适时改变控制阀口面积，从而实现缓冲储能和实时跟随。
本发明的一种海上风电机组整体安装软着陆动力控制方法，其特征在于，采用一种海上风电机组整体安装软着陆动力控制系统，包括模糊控制系统、控制阀、储能器、传感器、缓冲液压系统；缓冲液压系统包括安装架、缓冲液压缸1；所述的安装架通过螺栓与风电机组轮毂主轴法兰相连接；数个所述的缓冲液压缸1均匀地分布置于安装架的周边上；缓冲液压缸包括缸体和芯柱；各缸体和芯柱均各引出一条管路，并由一个弱电驱动的控制阀联通，组成旁路系统；所述的传感器包括压力传感器和加速度传感器；所述的模糊控制系统包括第一模糊PID控制器和第二模糊PID控制器。
其模糊控制系统通过传感器分别采集压力和加速度信号，得到储能器体积变化、液压缸流量和位置以及缓冲加速度，从而计算出控制阀进出口压差，通过加速度反馈控制实现加速度的匀速减速缓冲控制；第二模糊PID控制器根据第一模糊PID控制器输出信号的大小，适时改变控制阀口大小，从而实现缓冲储能和实时跟随，调整软着陆系统的阻尼大小，改善海上风电机组整体安装的软着陆效果。
进一步的，将偏差e作为模糊PID控制器的输入变量；第一模糊PID控制器时，令e＝e1；第二模糊PID控制器时，令e＝e2；第一模糊PID控制器时，令r0＝a0，r＝a；第二模糊PID控制器时，令r0＝FO，r＝Fs；
模糊PID控制器的偏差变化率ec＝de/dt，de为e的变化量，dt为时间t的变化量，输出变量为Kp、Ki、Kd；设e、ec、Kp、Ki、Kd分别为输入模糊变量，模糊PID控制器采用模糊推理和参数修正进行自适应计算模糊PID控制器的输出量；
模糊PID控制器的输出量为yu；第一模糊PID控制器时，令yu＝FO；第二模糊PID控制器时，令yu＝Ff；第一模糊PID控制器的输入信号为e1，e1＝a0-a，a0为加速度参考值，a为加速度传感器的加速度检测输出值，e1为a0和a之间的误差值；第二模糊PID控制器的输入信号为e2，e2＝F0-FS，FO为第一模糊PID控制器的输出值，FS为压力传感器的压力检测输出值，e2为FO和FS之间的误差值，Ff为第二模糊PID控制器的输出值，ah为缓冲加速度。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
1.本发明所提出的整体安装方法，先在陆地上将风电机组的机舱、轮毂、叶片和上端塔筒组装调试完成，可以减少了高空对接作业，降低了安装难度。
2.本发明所提出的软着陆动力系统控制方法，可以有效减少安装过程中风电机组与海上安装平台的碰撞而带来的设备碰损，降低了安装成本。
附图说明
图1为本发明的海上风电机组整体安装方法的一个实施例的流程图。
图2为本发明的一个实施例方法的下部塔筒以及缓冲液压缸的安装示意图。
图3为本发明的一个实施例方法的上部风电机组在起重船上的安装示意图。
图4为本发明的海上风电机组整体安装软着陆动力控制系统的一个实施例的结构示意图。
图5为本发明的海上风电机组整体安装软着陆动力控制方法的一个实施例的框图。
图6为本发明的海上风电机组整体安装软着陆动力控制方法的一个实施例的模糊PID控制示意图。
图中,1缓冲液压缸，2下段塔筒，3导向板，4同步升降系统，5井架，6吊绳，7风电机组及叶片，8起吊机，9上段塔筒，10着力平台，11起重船，12抱箍器，13平衡梁，14下部就位系统，15上部就位系统。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
本发明提供了一种海上风电机组整体安装方法，在陆地上将风电机组的机舱、轮毂、叶片和上部塔筒组装调试完成，减少了高空对接作业，降低了安装难度。用起重船将风电机组拖至安装点，将风机整体吊装到风机平台上，在平台上进行风电机组与下段塔筒的连接(下段塔筒由井架、平衡梁、抱箍器、钢丝绳等固定，可有效防止海浪等因素的颠簸)，该连接包括三个步骤：依次是塔筒安装导向、同步升降、精定位自动对中以及法兰连。
图1为本发明的海上风电机组整体安装方法的一个实施例的流程图。图2为本发明的一个实施例方法的下部塔筒以及缓冲液压缸的安装示意图。图3为本发明的一个实施例方法的上部风电机组在起重船上的安装示意图。
本发明实施例方法，包括以下步骤：
步骤1.在陆地上将风电机组的机舱、轮毂、叶片和上段塔筒9进行组装并调试；减少高空对接作业，降低安装难度。
步骤2.在海上安装平台上进行风电机组与下段塔筒2的连接。
进一步地，所述步骤1的具体过程为：
(1.1)首先组装轮毂支架，然后将轮毂主轴法兰向下安装到轮毂支架上，用固定件(优选采用四根M33×110螺栓)固定轮毂；检查接合面并清洁；
(1.2)安装导流罩，用连接件(优选采用6个M20×140的六角螺栓)，把导流罩固定到轮毂上，在所有连接件上涂润滑剂并在连接处加胶密封；
(1.3)检查各部件编号和叶片确保无损伤、进行防腐保护；在叶片轮毂上所有的机械加工表面必须使用防腐油；
(1.4)将叶片正确安装到位，并用固定件固定；在检查填充塞的叶片根部螺栓放置方法及位置正确之后安装叶片，叶片安装到轮毂上时必须保持水平状态，每个叶片轴承用48个M24×180的六角叶片根部螺栓固定；
(1.5)将步骤(1.1)至(1.4)组装好的部分连接到上段塔筒9上，并清洁接合面，完成风电机组和上段塔筒9的组装。
进一步地，所述步骤2的具体过程包括：
(2.1)先用起重船11将风电机组和上段塔筒9的组装件拖至安装点，将风电机组和上段塔筒9的组装件整体用吊绳6吊装到海上安装平台上，在此平台上进行与下段塔筒2的连接；所述的下段塔筒由井架5、平衡梁13、抱箍器12固定，可有效防止海浪等因素的颠簸，其连接包括三个步骤：塔筒安装导向，同步升降，精定位自动对中以及法兰连接，具体为：
(2.2)当起重船11吊着风电机组和上段塔筒9的组装件下降到一定高度时开始向下部就位系统上设置的粗导向板上靠近；上部吊架系统的外围钢管与粗导向板3接触后，沿着粗导向板3下降；下部就位系统外围的软着陆系统的缓冲器1(优选采用四个)触碰到上部就位系统的着力平台10时，缓冲器1吸收冲击能量，从而使风电机组和上段塔筒9的组装件在下降过程速度减缓，其变化不会太大而不会损伤设备；
(2.3)当上述缓冲过程结束后，下部就位系统的同步升降系统4配合起吊机8而同步升降；
(2.4)同步升降结束后，精定位自动对中系统开始进行精定位，以便上段塔筒9和下段塔筒2的对应的固定定位孔(优选采用108个螺栓孔)对准，并在所有定位孔中插入定位销；然后再下降(约20mm)使内法兰面贴合，此时拔出定位销，在对准的各定位孔内安装固定件(优选高强度螺栓)。
图4为本发明的海上风电机组整体安装软着陆动力控制系统的一个实施例的结构示意图。本发明实施例控制系统，包括模糊控制系统、控制阀、储能器、传感器、缓冲液压系统；缓冲液压系统包括安装架、缓冲液压缸1；所述的安装架通过螺栓与风电机组轮毂主轴法兰相连接；数个所述的缓冲液压缸1均匀地分布置于安装架的周边上；缓冲液压缸包括缸体和芯柱；各缸体和芯柱均各引出一条管路，并由一个弱电驱动的控制阀联通，组成旁路系统；所述的传感器包括压力传感器和加速度传感器；所述的模糊控制系统包括第一模糊PID控制器和第二模糊PID控制器。其模糊控制系统通过传感器分别采集压力和加速度信号，得到储能器体积变化、液压缸流量和位置以及缓冲加速度，从而计算出控制阀进出口压差，通过加速度反馈控制实现加速度的匀速减速缓冲控制；模糊控制系统的第一模糊PID控制器和第二模糊PID控制器根据控制信号大小，适时改变控制阀口面积，从而实现缓冲储能和实时跟随。
图5为本发明的海上风电机组整体安装软着陆动力控制方法的一个实施例的框图。本发明实施例方法，采用一种海上风电机组整体安装软着陆动力控制系统，包括模糊控制系统、控制阀、储能器、传感器、缓冲液压系统；缓冲液压系统包括安装架、缓冲液压缸1；所述的安装架通过螺栓与风电机组轮毂主轴法兰相连接；数个所述的缓冲液压缸1均匀地分布置于安装架的周边上；缓冲液压缸包括缸体和芯柱；各缸体和芯柱均各引出一条管路，并由一个弱电驱动的控制阀联通，组成旁路系统；所述的传感器包括压力传感器和加速度传感器；所述的模糊控制系统包括第一模糊PID控制器和第二模糊PID控制器。模糊控制系统通过传感器分别采集压力和加速度信号，得到储能器体积变化、液压缸流量和位置以及缓冲加速度，从而计算出控制阀进出口压差，通过加速度反馈控制实现加速度的匀速减速缓冲控制；为了改善海上风电机组整体安装的软着陆效果，如图中虚线所示的缓冲加速度控制部分，第二模糊PID控制器根据第一模糊PID控制器输出信号的大小，适时改变控制阀口大小，从而实现缓冲储能和实时跟随，调整软着陆系统的阻尼大小，改善海上风电机组整体安装的软着陆效果。该方法可以有效减少安装过程中风电机组与海上安装平台的碰撞而带来的设备碰损，降低了安装成本。
第一模糊PID控制器的输入信号为e1，e1＝a0-a，a0为加速度参考值，a为加速度传感器的加速度检测输出值，e1为a0和a之间的误差值。第二模糊PID控制器的输入信号为e2，e2＝F0-FS，FO为第一模糊PID控制器的输出值，FS为压力传感器的压力检测输出值，e2为FO和FS之间的误差值。Ff为第二模糊PID控制器的输出值，ah为缓冲加速度。
图6为本发明的海上风电机组整体安装软着陆动力控制方法的一个实施例的模糊PID控制示意图。本发明实施例方法，将偏差e作为模糊PID控制器输入，第一模糊PID控制器时，令e＝e1。第二模糊PID控制器时，令e＝e2。第一模糊PID控制器时，令r0＝a0，r＝a。第二模糊PID控制器时，令r0＝FO，r＝Fs。模糊PID控制器输入变量为e和偏差变化率ec，ec＝de/dt，de为e的变化量，dt为时间t的变化量，输出变量为Kp，Ki，Kd。设e、ec、Kp、Ki、Kd分别为输入模糊变量，模糊控制器采用模糊推理和参数修正进行自适应计算模糊控制器的输出量。模糊PID控制器的输出量为yu。第一模糊PID控制器时，令yu＝FO；第二模糊PID控制器时，令yu＝Ff。
本发明所提供的一种海上风电机组整体安装软着陆动力控制系统及其方法，在风电机组随吊索下放与海上基础平台发生对接的过程中，采用软着陆控制方法可有效避免风机多次与平台剧烈碰撞从而损坏风机设备。本发明采用了模糊PID自适应控制系统，由于海上风力发电机的安装处于一个多变的环境，传统的固定控制参数的控制策略无法满足这样的需求，而本发明的模糊自适应控制却很好的解决了系统自身惯量引起的误差，其软硬件结合真正满足了系统的快、准、稳。

Claims (6)

1.一种海上风电机组整体安装方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1.在陆地上将风电机组的机舱、轮毂、叶片(7)和上段塔筒(9)进行组装并调试；
步骤2.在海上安装平台上进行风电机组与下段塔筒(2)的连接。
2.根据权利要求1所述的一种海上风电机组整体安装方法，其特征是，所述步骤1的具体过程为：
(1.1)首先组装轮毂支架，然后将轮毂主轴法兰向下安装到轮毂支架上，用固定件固定轮毂；检查接合面并清洁；
(1.2)安装导流罩，用连接件，把导流罩固定到轮毂上，在所有连接件上涂润滑剂并在连接处加胶密封；
(1.3)检查各部件编号和叶片(7)确保无损伤、进行防腐保护；
(1.4)将叶片(7)正确安装到位，并用固定件固定；
(1.5)将步骤(1.1)至(1.4)组装好的部分连接到上段塔筒(9)上，并清洁接合面，完成风电机组和上段塔筒(9)的组装。
3.根据权利要求1所述的一种海上风电机组整体安装方法，其特征是，所述步骤2的具体过程包括：
(2.1)先用起重船(11)将风电机组和上段塔筒(9)的组装件拖至安装点，将风电机组和上段塔筒(9)的组装件整体用吊绳(6)吊装到海上安装平台上，在此平台上进行与下段塔筒(2)的连接；
(2.2)当起重船(11)吊着风电机组和上段塔筒(9)的组装件下降到一定高度时开始向下部就位系统上设置的粗导向板上靠近；上部吊架系统的外围钢管与粗导向板(3)接触后，沿着粗导向板(3)下降；下部就位系统(14)外围的软着陆系统的缓冲器(1)触碰到上部就位系统(15)的着力平台(10)时，缓冲液压缸(1)吸收冲击能量，从而使风电机组和上段塔筒(9)的组装件在下降过程速度减缓、而不受损伤；
(2.3)当上述缓冲过程结束后，下部就位系统(14)的同步升降系统(4)配合起吊机(8)而同步升降；
(2.4)同步升降结束后，精定位自动对中系统开始进行精定位，以便上段塔筒(9)和下段塔筒(2)的对应的固定定位孔、对准，并在所有定位孔中插入定位销；然后再下降、使内法兰面贴合，此时拔出定位销，在对准的各定位孔内安装固定件。
4.一种海上风电机组整体安装软着陆动力控制系统，其特征在于，包括模糊控制系统、控制阀、储能器、传感器、缓冲液压系统；缓冲液压系统包括安装架、缓冲液压缸1；所述的安装架通过螺栓与风电机组轮毂主轴法兰相连接；数个所述的缓冲液压缸1均匀地分布置于安装架的周边上；缓冲液压缸包括缸体和芯柱；各缸体和芯柱均各引出一条管路，并由一个弱电驱动的控制阀联通，组成旁路系统；所述的传感器包括压力传感器和加速度传感器；所述的模糊控制系统包括第一模糊PID控制器和第二模糊PID控制器；
模糊控制系统通过传感器分别采集压力和加速度信号，得到储能器体积变化、液压缸流量和位置以及缓冲加速度，从而计算出控制阀进出口压差，通过加速度反馈控制实现加速度的匀速减速缓冲控制；模糊控制系统的第一模糊PID控制器和第二模糊PID控制器根据控制信号大小，适时改变控制阀口面积，从而实现缓冲储能和实时跟随。
5.一种海上风电机组整体安装软着陆动力控制方法，其特征在于，采用一种海上风电机组整体安装软着陆动力控制系统，包括模糊控制系统、控制阀、储能器、传感器、缓冲液压系统；缓冲液压系统包括安装架、缓冲液压缸1；所述的安装架通过螺栓与风电机组轮毂主轴法兰相连接；数个所述的缓冲液压缸1均匀地分布置于安装架的周边上；缓冲液压缸包括缸体和芯柱；各缸体和芯柱均各引出一条管路，并由一个弱电驱动的控制阀联通，组成旁路系统；所述的传感器包括压力传感器和加速度传感器；所述的模糊控制系统包括第一模糊PID控制器和第二模糊PID控制器；
模糊控制系统通过传感器分别采集压力和加速度信号，得到储能器体积变化、液压缸流量和位置以及缓冲加速度，从而计算出控制阀进出口压差，通过加速度反馈控制实现加速度的匀速减速缓冲控制；第二模糊PID控制器根据第一模糊PID控制器输出信号的大小，适时改变控制阀口大小，从而实现缓冲储能和实时跟随，调整软着陆系统的阻尼大小，改善海上风电机组整体安装的软着陆效果。
6.根据权利要求5所述的一种海上风电机组整体安装软着陆动力控制方法，其特征是，将偏差e作为模糊PID控制器的输入变量；第一模糊PID控制器时，令e＝e1；第二模糊PID控制器时，令e＝e2；第一模糊PID控制器时，令r0＝a0，r＝a；第二模糊PID控制器时，令r0＝FO，r＝Fs；
模糊PID控制器的偏差变化率ec＝de/dt，de为e的变化量，dt为时间t的变化量，输出变量为Kp、Ki、Kd；设e、ec、Kp、Ki、Kd分别为输入模糊变量，模糊PID控制器采用模糊推理和参数修正进行自适应计算模糊PID控制器的输出量；
模糊PID控制器的输出量为yu；第一模糊PID控制器时，令yu＝FO；第二模糊PID控制器时，令yu＝Ff；第一模糊PID控制器的输入信号为e1，e1＝a0-a，a0为加速度参考值，a为加速度传感器的加速度检测输出值，e1为a0和a之间的误差值；第二模糊PID控制器的输入信号为e2，e2＝F0-FS，FO为第一模糊PID控制器的输出值，FS为压力传感器的压力检测输出值，e2为FO和FS之间的误差值，Ff为第二模糊PID控制器的输出值，ah为缓冲加速度。
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