CN109653959A - 一种海上发电风机的升降控制系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种更加可靠的用于控制海上发电风机的自动升降结构进行升降的控制系统及控制方法，在风速传感器感测到风速超过所允许的最大值时，风速传感器向第一开关S1发送使其闭合的控制指令，和/或者集控中心通过接收到气象台的恶劣天气预警，向第一开关S1发送使其闭合的控制指令时，第一开关S1闭合，给水装置的回路导通，浮筒内进水，风机下降。当风速传感器感测到风速回复到正常值时，并且集控中心通过接收到气象台关于恶劣天气的警告解除后，均向第三开关S3发送使其闭合的控制指令时，第三开关闭合，排水装置的回路导通，浮筒内排水，风机上升。以在风机与集控中心信号中断时，仍能实现风机下潜控制，从而进一步保证海上风机的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及一种海上风力发电机机组升降机构的控制系统及控制方法。
背景技术
随着世界经济发展，人类对能源的需求不断增加，而受不可再生能源枯竭和环境保护的压力，绿色可再生能源得到了很大发展，尤其是风能。近年来，随着陆地风能资源的大量开发，以及陆地风能利用所受限制，如光影污染、噪声污染等，风能资源的开发已逐渐由陆上转向海上，而海上丰富的风能资源和技术的迅速发展，为海洋风电的发展提供了充分的条件。
而对于浅海深水区，一般采用漂浮式的海上风机基础，漂浮式海上风机基础一般分为Spar式、半潜式以及张力腿式，但是无论使用何种形式的基础，其风机的高度基本固定，风机为了在正常天气的情况下能获得更好的风量来进行发电，会把风机桨叶设置得比较高，这种情况下如果遇到台风天气，由于风机桨叶的迎风面积较大，其所受到的风荷载会更大，又因为风机桨叶的高度过高造成的力矩较大，风机基础的锚固装置极其容易因受力不均或承受的张力过大而被崩断，或者位于海床处的锚固桩出现了薄弱区，从而导致倾覆。或者由于遇到罕见的超强台风，其风机机身或者桨叶强度不足而导致风机受损。
海上风机发电系统的集控中心通过气象部门获得的风机所在海域的气象信息判断风机的运行状态，如果风速过大导致风机的转速过高，集控中心便指示浮筒的升降机构进行下降，以避免风速过大导致风机过载，或者避免风机在遇到台风时由于高度过高，其风机主体受到的力矩过大而造成的损坏和倾覆，或者在在风力不足时升高风机以获得更大的风速，从而提高发电效率。
但是，如果遇到恶劣天气或者信号传输路线故障导致集控中心与风机的连接信号中断，风机不能接收集控中心的指令，其不能及时进行下潜以避免遭受台风的攻击，存在安全隐患。
发明内容
本发明提供了一种更加可靠的用于控制海上发电风机的自动升降结构进行升降的控制系统及控制方法，以在风机与集控中心信号中断时，仍能实现风机下潜控制，从而进一步保证海上风机的安全性。
一种海上发电风机的升降控制系统，包括集控中心，基础可升降的海上发电风机，所述基础可升降的海上发电风机包括浮筒、设置于浮筒上机架，机架顶部的发电风机本体，用于锚泊浮筒的锚泊机构，以及驱动浮筒升降的升降机构；所述升降机构又包括用于控制浮筒进水的给水装置，其由第一开关S1控制；以及用于排出浮筒内腔储水的排水装置，其由第三开关S3控制；发电风机本体上还安装用于测量发电风机处风速的风速传感器，风速传感器可向第一开关S1和第三开关S3发送控制指令；集控中心可向第一开关S1和第三开关S3发送控制指令；所述第一开关S1在收到集控中心或风速传感器的控制指令时闭合，所述第三开关S3则在同时收到集控中心和风速传感器的控制指令时闭合。
在风速传感器感测到风速超过所允许的最大值时，风速传感器向第一开关S1发送使其闭合的控制指令，和/或者集控中心通过接收到气象台的恶劣天气预警，向第一开关S1发送使其闭合的控制指令时，第一开关S1闭合，给水装置的回路导通，浮筒内进水，风机下降。当风速传感器感测到风速回复到正常值时，并且集控中心通过接收到气象台关于恶劣天气的警告解除后，均向第三开关S3发送使其闭合的控制指令时，第三开关闭合，排水装置的回路导通，浮筒内排水，风机上升。
在第一开关S1与给水装置之间设置有第二常闭开关S2，浮筒内设置有控制第二常闭开关S2的液位传感器，当液位达到设定值时，液位传感器控制第二常闭开关S2断开；在开关第三开关S3与排水装置之间设置有第四常闭开关S4，浮筒内设置有控制第四常闭开关S4的压力传感器，当浮筒内底部液压达到设定值时，压力传感器控制第四常闭开关S4断开。
在给水装置工作，浮筒内储水量达到一定量使其触发液位传感器时，液位传感器向第二常闭开关S2发送控制指令使其断开，此时给水装置的回路断开，使给水装置停止进水，风机停止下降；当浮筒内储水量少于一定量，使压力传感器感测到压力小于一定值时，压力传感器向第四常闭开关S4发送控制指令使其断开，此时排水装置的回路断开，使排水装置停止排水，风机停止上升；
一种海上发电风机的升降控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
A．在风速传感器感测到风速超过所允许的最大值时，风速传感器向第一开关S1发送使其闭合的控制指令，和/或者集控中心通过接收到气象台的恶劣天气预警，向第一开关S1发送使其闭合的控制指令时，第一开关S1闭合，给水装置的回路导通，浮筒内进水，风机下降；
B.当风速传感器感测到风速回复到正常值时，并且集控中心通过接收到气象台关于恶劣天气的警告解除后，均向第三开关S3发送使其闭合的控制指令时，第三开关闭合，排水装置的回路导通，浮筒内排水，风机上升；
C. 在给水装置工作，浮筒内储水量达到一定量使其触发液位传感器时，液位传感器向第二常闭开关S2发送控制指令使其断开，此时给水装置的回路断开，使给水装置停止进水，风机停止下降；
D.当浮筒内储水量少于一定量，使压力传感器感测到压力小于一定值时，压力传感器向第四常闭开关S4发送控制指令使其断开，此时排水装置的回路断开，使排水装置停止排水，风机停止上升；
该发明所述海上发电风机的升降控制系统，使得海上风机即使遇到恶劣天气或者信号传输路线故障导致集控中心与风机的连接信号中断，风机不能接收集控中心的指令，也能及时进行下潜以避免遭受台风的攻击，避免了安全隐患。
附图说明
图1为该海上风机发电系统的断面图。
图2为风机升降结构示意图。
图3为升降装置控制系统结构示意图。
图4为带有自动升降功能的升降装置控制系统结构示意图。
具体实施方式
如图1和图2所示，该海上发电风机发电系统，包括集控中心1，位于近海浅水区的固定式基础的海上风机53，位于集控中心和固定式基础的海上升压站2，基础可升降的海上发电风机5包括设置于浮筒51上的风机主体54，用于锚泊浮筒51的锚泊机构6，浮筒51设置有升降机构，其升降机构可由集控中心所控制。
升降机构包括其浮筒51内腔设置的液位传感器52以及压力传感器53；其浮筒51顶端与风机5相接处设置的筒塔隔板55，在筒塔隔板55上方风机5机架内设置的排水装置56，排水装置56的进水管562伸进浮筒51内腔，排水管563伸出浮筒51之外；其浮筒51底部设置的进水口57，进水口57内设置有由给水装置58控制的电磁阀581。
排水装置56和给水装置58均由设置于风机5机架内的蓄电池59供电。锚泊机构6包括缆绳61，缆绳61一端锚固于锚固桩62，另一端与浮筒51相连接。
如图3所示，给水装置58的开关S1，以及排水装置56的开关S3均通过接收集控中心的控制指令进行断开或闭合。
给水装置58的电磁阀581开启后，且排水装置56的排水泵561停止工作，浮筒51内腔的水位开始上涨，由于自重增加，整体缓慢下沉，当海水灌满至筒体隔板处时，风机5自动沉降至筒体隔板位置，风机5整体受风面积减少，降低因海域风浪大造成风机5整体倾斜或被风浪吹倒的风险。
当液位传感器52感测到浮筒51内腔储水量达到限定值时，将浮筒51内腔的储水状态发送给集控中心，集控中心收到内腔的储水状态信息后向开关S1发出断开指令，使给水装置58的电磁阀581关闭，停止进水，使风机5停止下降。
当排水装置56的排水泵561开始工作，排出浮筒51内的海水，风机5整体自重降低，当海水浮力大于配重块64的重力时风机5整体缓慢上升，且给水装置58的电磁阀581关闭后，浮筒51内腔储水量下降，当压力传感器53感测到浮筒51内腔储水量下降到限定值时，将浮筒51内腔的储水状态发送给集控中心，集控中心收到内腔的储水状态信息后向开关S3发出断开指令，使排水泵561停止工作，风机5停止上升。
如图2和图4所示，该海上发电风机5顶部设置有风速传感器7，为了使该海上发电风机5的升降机构具备自动升降功能，其给水装置58的开关由或门582所控制，排水装置56的开关S3由与门564控制。或门582的两个输入端分别为风速传感器7和集控中心，与门564的两个输入端分别为风速传感器7和集控中心1。
在开关S1与给水装置58之间设置由液位传感器52所控制的常闭开关S2，在开关S3与排水装置56之间设置由压力传感器53控制的常闭开关S4。当风机5与集控中心失联时，通过常闭开关S2和S4能使风机5根据浮筒51内的储水量状态来实现停止上升或下沉。
该升降机构的控制方法，通过以下步骤实现：
当海面风速超过允许值时风速传感器7向S1发信，或者S1收到集控中心的信号，节点S1闭合，给水装置58的回路导通，电磁阀581开启，浮筒51开始进水，风机5开始下降；
当海面风速小于允许值，且S3收到集控中心的信号时，S3节点闭合，排水泵561的回路导通，排水泵561开始排水，风机5开始上升；
当给水装置58的给水装置58开启后，液位传感器52感测到浮筒51内腔储水量达到限定值时，常闭节点S2断开，电磁阀581关闭，浮筒51停止进水，风机5停止下降；
排水泵561启动后，当浮筒51内腔储水量下降，压力传感器53感测到浮筒51内腔储水量下降到限定值时，常闭开关S4断开，排水泵561停止排水，风机5停止上升。
对于锚固桩62，其既可以是打入海床的桩体，也可以是如图1所示的重力块。
Claims (5)
1.一种海上发电风机的升降控制系统，其特征在于：包括集控中心，基础可升降的海上发电风机，所述基础可升降的海上发电风机包括浮筒、设置于浮筒上的机架，机架顶部的发电风机本体，用于锚泊浮筒的锚泊机构，以及驱动浮筒升降的升降机构；所述升降机构又包括用于控制浮筒进水的给水装置，其由第一开关（S1）控制；以及用于排出浮筒内腔储水的排水装置，其由第三开关（S3）控制；发电风机本体上还安装用于测量发电风机处风速的风速传感器，风速传感器可向第一开关（S1）和第三开关（S3）发送控制指令；集控中心可向第一开关（S1）和第三开关（S3）发送控制指令；所述第一开关（S1）在收到集控中心或风速传感器的控制指令时闭合，所述第三开关（S3）则在同时收到集控中心和风速传感器的控制指令时闭合。
2.根据权利要求1所述的海上发电风机的升降控制系统，其特征在于：所述第一开关（S1）连接或门的输出端，由或门控制，或门的两个输入端分别连接集控中心和风速传感器；第三开关（S3）连接与门的输出端，与门的两个输入端则分别连接集控中心和风速传感器。
3.根据权利要求1或2任一所述海上发电风机的升降控制系统，其特征在于: 在第一开关（S1）与给水装置之间设置有第二常闭开关（S2），浮筒内设置有控制第二常闭开关（S2）的液位传感器，当液位达到设定值时，液位传感器控制第二常闭开关（S2）断开。
4.根据权利要求1至3中任一所述海上发电风机的升降控制系统，其特征在于: 在第三开关（S3）与排水装置之间设置有第四常闭开关（S4），浮筒内设置有控制第四常闭开关（S4）的压力传感器，当浮筒内底部液压达到设定值时，压力传感器控制第四常闭开关（S4）断开。
5.一种海上发电风机的升降控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
A．在风速传感器感测到风速超过所允许的最大值时，风速传感器向第一开关S1发送使其闭合的控制指令，和/或者集控中心通过接收到气象台的恶劣天气预警，向第一开关S1发送使其闭合的控制指令时，第一开关S1闭合，给水装置的回路导通，浮筒内进水，风机下降；
B.当风速传感器感测到风速回复到正常值时，并且集控中心通过接收到气象台关于恶劣天气的警告解除后，均向第三开关S3发送使其闭合的控制指令时，第三开关闭合，排水装置的回路导通，浮筒内排水，风机上升；
C. 在给水装置工作，浮筒内储水量达到一定量使其触发液位传感器时，液位传感器向第二常闭开关S2发送控制指令使其断开，此时给水装置的回路断开，使给水装置停止进水，风机停止下降；
D.当浮筒内储水量少于一定量，使压力传感器感测到压力小于一定值时，压力传感器向第四常闭开关S4发送控制指令使其断开，此时排水装置的回路断开，使排水装置停止排水，风机停止上升。
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| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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