CN112943553A - 一种悬浮式海上风力发电机组 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种悬浮式海上风力发电机组，包括塔架、风机和偏航系统，还包括安装在塔架底端的悬浮架，悬浮架内设置有平衡调整系统，悬浮架通过锚链固定在海床上；悬浮架包括三个竖直设置的悬浮筒，三个悬浮筒呈正三角形状分布，相邻两个悬浮筒之间通过固定杆连接；塔架垂直连接在其中一个悬浮筒顶端；平衡调整系统包括平衡传感模块、控制模块、进排水模块和筒间走水调整模块。当偏航系统根据风向变化调整风机角度导致整个海上风力发电机组的重心变化以后，通过平衡传感模块采集悬浮架的重心数据，控制模块根据所述重心数据控制进排水模块和筒间走水调整模块通过调整三个悬浮筒内水位的变化，从而使整个海上风力发电机组的重心保持稳定。

Description

一种悬浮式海上风力发电机组
技术领域
本发明涉及海上风力发电技术领域，具体涉及一种悬浮式海上风力发电机组。
背景技术
海上风能资源丰富稳定，全球风电开发呈现由陆上向近海发展的趋势。风电原理是利用风力带动风车叶片旋转，促使发电机发电，因而风电场当地的风速对发电量影响较大。相较于陆上风电，海上风能资源丰富稳定、且沿海地区电网容量大、风电接入条件好，因而海上风电更具优势。海上风电的并网由两部分组成：(1)海上风电机组通过33KV或66KV的海底电缆连接到海上变电站；(2)海上变电站通过132KV-220KV的海底光电复合缆与陆上变电站相连，再由陆上变电站将电力输送到电网公司。
但是，海上风力发电设备由于需要安装在海上进行风力发电工作，其固定困难，因此多采用悬浮式发电设备进行发电。但是，为保证获取最大的风能，海上风力发电设备的偏航系统需要根据风向变化调整风机角度对准风向，风机角度变化以后，会造成整个悬浮底座重力不稳定，严重影响风力发电机组的稳定性和安全性。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种悬浮式海上风力发电机组，以解决背景技术中所提出的技术问题。
一种悬浮式海上风力发电机组，包括塔架和风机，所述风机通过偏航系统可调整地安装在所述塔架顶端，还包括安装在所述塔架底端的悬浮架，所述悬浮架内设置有平衡调整系统，所述悬浮架通过锚链固定在海床上；
所述悬浮架包括三个竖直设置的悬浮筒，三个悬浮筒呈正三角形状分布，相邻两个所述悬浮筒之间通过固定杆连接；所述塔架垂直连接在其中一个所述悬浮筒顶端；
所述平衡调整系统包括平衡传感模块、控制模块、进排水模块和筒间走水调整模块；其中
所述平衡传感模块设置在三个所述悬浮筒围成的几何图形的中心点上，用于采集所述悬浮架的重心数据；
所述控制模块用于根据所述重心数据生成第一控制指令和第二控制指令；
所述进排水模块设置在所述悬浮筒上，用于执行所述第一指令以向所述悬浮筒内排入或排出海水；
所述筒间走水调整模块连接在相邻的两个所述悬浮筒之间，用于执行所述第二控制指令以调整相邻两个所述悬浮筒之间的水位分布。
进一步，所述平衡传感模块为角速度传感器，所述平衡传感模块外连接有安装杆，所述安装杆的另一端连接在所述悬浮筒上。
进一步，所述进排水模块包括进水管和第一水泵，所述进水管设置在所述悬浮筒底部，所述第一水泵安装在所述悬浮筒内并与所述进水管连通，所述进水管内设置有第一电磁阀，所述第一水泵和第一电磁阀均与所述控制模块信号连接。
进一步，所述筒间走水调整模块包括连接管，所述连接管两端均安装有第二水泵，所述连接管连接在两个所述悬浮筒之间，所述第二水泵分别安装在对应的两个所述悬浮筒内，所述第二水泵均与所述控制模块信号连接。
进一步，所述连接管连接在所述悬浮筒顶部，所述连接管内设置有第二电磁阀，所述第二电磁阀与所述控制模块信号连接。
进一步，所述悬浮筒内设置有多片同心设置的挡浪板，所述挡浪板呈圆环状，上下间隔设置，所述挡浪板上贯穿开设有透水孔。
进一步，所述悬浮筒底端均焊接有固定端板，所述锚链的一端连接在所述固定端板上。
进一步，所述固定端板与所述悬浮筒之间连接有加强筋。
进一步，所述固定杆连接在所述悬浮筒底部，所述固定杆中部与所述悬浮筒中部连接有斜拉杆。
进一步，所述控制模块为PLC控制器。
本发明的有益效果体现在：
本发明的悬浮式海上风力发电机组，通过平衡调整系统调整整个风力发电机组的平衡稳定性。当偏航系统根据风向变化调整风机角度导致整个海上风力发电机组的重心变化以后，通过平衡传感模块采集悬浮架的重心数据，控制模块根据所述重心数据生成第一控制指令和第二控制指令，进排水模块和筒间走水调整模块分别执行第一控制指令和第二控制指令，通过调整三个悬浮筒内水位的变化，从而使整个海上风力发电机组的重心保持稳定，有效地保证了风力发电机组发电时的稳定性和安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明实施例提供的一种悬浮式海上风力发电机组的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种悬浮式海上风力发电机组的悬浮架的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种悬浮式海上风力发电机组的悬浮筒的内部结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
如图1-图3所示，本发明实施例提供的一种悬浮式海上风力发电机组，包括塔架1和风机2，风机2通过偏航系统可调整地安装在塔架1顶端，偏航系统根据风向变化调整风机2角度对准风向，保证获取最大的风能。塔架1底端还安装有悬浮架3，海上风力发电机组通过悬浮架3漂浮在海中，悬浮架3内设置有平衡调整系统，悬浮架3通过锚链4固定在海床上。
悬浮架3包括三个竖直设置的悬浮筒5，三个悬浮筒5呈正三角形状分布，相邻两个悬浮筒5之间通过固定杆6连接。塔架1通过螺栓垂直连接在其中一个悬浮筒5顶端。
平衡调整系统包括平衡传感模块7、控制模块8、进排水模块和筒间走水调整模块。其中，平衡传感模块7设置在三个悬浮筒5围成的几何图形的中心点上，用于采集悬浮架3的重心数据，平衡传感模块7为角速度传感器，平衡传感模块7外连接有安装杆11，安装杆11的另一端通过螺栓连接在悬浮筒5上。
控制模块8为PLC控制器。控制模块8用于根据重心数据生成第一控制指令和第二控制指令。进排水模块设置在悬浮筒5上，用于执行第一指令以向悬浮筒5内排入或排出海水。筒间走水调整模块连接在相邻的两个悬浮筒5之间，用于执行第二控制指令以调整相邻两个悬浮筒5之间的水位分布。
具体的，本实施例中，进排水模块包括进水管12和第一水泵13，进水管12设置在悬浮筒5底部，第一水泵13安装在悬浮筒5内并与进水管12连通，进水管12内设置有第一电磁阀14，第一水泵13和第一电磁阀14均与控制模块8信号连接。第一电磁阀14打开之后，海水通过进水管12进入悬浮筒5内，使悬浮筒5内的水流量增大，整个悬浮架3的重量增加，整个海上风力发电机组下沉，在风暴较大的海况下有利于保持稳定。
具体的，筒间走水调整模块包括连接管15，连接管15两端均安装有第二水泵16，连接管15连接在两个悬浮筒5之间，第二水泵16分别安装在对应的两个悬浮筒5内，第二水泵16均与控制模块8信号连接。连接管15连接在悬浮筒5顶部，连接管15内设置有第二电磁阀17，第二电磁阀17与控制模块8信号连接。第二电磁阀17在常态时保持关闭，防止相邻的两个悬浮筒5之间的水流通过连接管15发生移动。当平衡传感模块7检测到风力发电机组的重心发生变化后，控制模块8根据预设的计算模型，计算三个悬浮筒5之间的重量分配，生成第二控制指令，根据第二控制指令控制对应的悬浮筒5内的第二水泵16工作，将对应的悬浮筒5内海水排出到相邻的悬浮筒5内，从而调整整个风力发电机组的重心分配，保持整个风力发电机组的稳定。
进一步，悬浮筒5内设置有多片同心设置的挡浪板18，挡浪板18呈圆环状，上下间隔设置，挡浪板18上贯穿开设有透水孔19。挡浪板18能够减少悬浮筒5内海水的晃荡，使风力发电机组悬浮在海水时保持稳定。
进一步，悬浮筒5底端均焊接有固定端板20，锚链4的一端连接在固定端板20上。固定端板20与悬浮筒5之间连接有加强筋21，使固定端板20与悬浮筒5连接更加牢固。固定杆6连接在悬浮筒5底部，固定杆6中部与悬浮筒5中部连接有斜拉杆22，使连接更加牢固。
本发明的悬浮式海上风力发电机组，通过平衡调整系统调整整个风力发电机组的平衡稳定性。当偏航系统根据风向变化调整风机角度导致整个海上风力发电机组的重心变化以后，通过平衡传感模块采集悬浮架的重心数据，控制模块根据所述重心数据生成第一控制指令和第二控制指令，进排水模块和筒间走水调整模块分别执行第一控制指令和第二控制指令，通过调整三个悬浮筒内水位的变化，从而使整个海上风力发电机组的重心保持稳定，有效地保证了风力发电机组发电时的稳定性和安全性。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种悬浮式海上风力发电机组，包括塔架(1)和风机(2)，所述风机(2)通过偏航系统可调整地安装在所述塔架(1)顶端，其特征在于：还包括安装在所述塔架(1)底端的悬浮架(3)，所述悬浮架(3)内设置有平衡调整系统，所述悬浮架(3)通过锚链(4)固定在海床上；
所述悬浮架(3)包括三个竖直设置的悬浮筒(5)，三个悬浮筒(5)呈正三角形状分布，相邻两个所述悬浮筒(5)之间通过固定杆(6)连接；所述塔架(1)垂直连接在其中一个所述悬浮筒(5)顶端；
所述平衡调整系统包括平衡传感模块(7)、控制模块(8)、进排水模块和筒间走水调整模块；其中
所述平衡传感模块(7)设置在三个所述悬浮筒(5)围成的几何图形的中心点上，用于采集所述悬浮架(3)的重心数据；
所述控制模块(8)用于根据所述重心数据生成第一控制指令和第二控制指令；
所述进排水模块设置在所述悬浮筒(5)上，用于执行所述第一指令以向所述悬浮筒(5)内排入或排出海水；
所述筒间走水调整模块连接在相邻的两个所述悬浮筒(5)之间，用于执行所述第二控制指令以调整相邻两个所述悬浮筒(5)之间的水位分布。
2.根据权利要求1所述的一种悬浮式海上风力发电机组，其特征在于：所述平衡传感模块(7)为角速度传感器，所述平衡传感模块(7)外连接有安装杆(11)，所述安装杆(11)的另一端连接在所述悬浮筒(5)上。
3.根据权利要求1所述的一种悬浮式海上风力发电机组，其特征在于：所述进排水模块包括进水管(12)和第一水泵(13)，所述进水管(12)设置在所述悬浮筒(5)底部，所述第一水泵(13)安装在所述悬浮筒(5)内并与所述进水管(12)连通，所述进水管(12)内设置有第一电磁阀(14)，所述第一水泵(13)和第一电磁阀(14)均与所述控制模块(8)信号连接。
4.根据权利要求1所述的一种悬浮式海上风力发电机组，其特征在于：所述筒间走水调整模块包括连接管(15)，所述连接管(15)两端均安装有第二水泵(16)，所述连接管(15)连接在两个所述悬浮筒(5)之间，所述第二水泵(16)分别安装在对应的两个所述悬浮筒(5)内，所述第二水泵(16)均与所述控制模块(8)信号连接。
5.根据权利要求4所述的一种悬浮式海上风力发电机组，其特征在于：所述连接管(15)连接在所述悬浮筒(5)顶部，所述连接管(15)内设置有第二电磁阀(17)，所述第二电磁阀(17)与所述控制模块(8)信号连接。
6.根据权利要求4所述的一种悬浮式海上风力发电机组，其特征在于：所述悬浮筒(5)内设置有多片同心设置的挡浪板(18)，所述挡浪板(18)呈圆环状，上下间隔设置，所述挡浪板(18)上贯穿开设有透水孔(19)。
7.根据权利要求1所述的一种悬浮式海上风力发电机组，其特征在于：所述悬浮筒(5)底端均焊接有固定端板(20)，所述锚链(4)的一端连接在所述固定端板(20)上。
8.根据权利要求1所述的一种悬浮式海上风力发电机组，其特征在于：所述固定端板(20)与所述悬浮筒(5)之间连接有加强筋(21)。
9.根据权利要求1所述的一种悬浮式海上风力发电机组，其特征在于：所述固定杆(6)连接在所述悬浮筒(5)底部，所述固定杆(6)中部与所述悬浮筒(5)中部连接有斜拉杆(22)。
10.根据权利要求1所述的一种悬浮式海上风力发电机组，其特征在于：所述控制模块(8)为PLC控制器。
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