CN116044655A - 一种海上漂浮式风电机组的波浪侧向运动控制方法与系统 - Google Patents

一种海上漂浮式风电机组的波浪侧向运动控制方法与系统 Download PDF

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CN116044655A CN202211703320.4A CN202211703320A CN116044655A CN 116044655 A CN116044655 A CN 116044655A CN 202211703320 A CN202211703320 A CN 202211703320A CN 116044655 A CN116044655 A CN 116044655A
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马冲
段博志
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MingYang Smart Energy Group Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种海上漂浮式风电机组的波浪侧向运动控制方法与系统，包括：获得浮式基础平台有效侧向倾角和机舱有效左右加速度；将浮式基础平台有效侧向倾角和机舱有效左右加速度，通过微分运算和积分运算，输出第一附加独立变桨指令和第二附加独立变桨指令；将浮式基础平台有效侧向倾角和机舱有效左右加速度，通过微分运算和积分运算，输出附加扭矩指令；在机组正常发电状态下，将附加扭矩指令与扭矩控制器输出的发电机扭矩指令进行叠加，叠加后得到最终发电机扭矩指令，将第一、二附加独立变桨指令与变桨控制器输出的变桨指令进行叠加，叠加后得到最终变桨指令传递到变桨系统执行，实现抑制漂浮式风电机组随波浪侧向运动。

Description

一种海上漂浮式风电机组的波浪侧向运动控制方法与系统
技术领域
本发明涉及风电机组控制的技术领域，尤其是指一种海上漂浮式风电机组的波浪侧向运动控制方法、系统、存储介质及计算设备。
背景技术
海上漂浮式风电机组是采用浮式基础平台使风机浮在水面上，并通过系泊系统连于海床。与单桩或导管架的固定式基础相比，漂浮式风电机组在风浪的作用下的运动响应更大。在全生命运行过程中，漂浮式风电机组受到风载荷、浪载荷及流载荷影响，产生的运动幅值、加速度及载荷幅值更大。其中，漂浮式风电机组受到波浪的冲击，机组整体随着波浪产生周期侧向摇摆运动；如此，漂浮式风电机组的塔架疲劳载荷将显著增加。为了降低漂浮式风电机组的塔架侧向疲劳载荷，需要针对漂浮式风电机组随波浪侧向摇摆运动的特点，提出一种海上漂浮式风电机组的波浪侧向运动控制方法与系统。
发明内容
本发明的第一目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种海上漂浮式风电机组的波浪侧向运动控制方法，对测量的浮式基础平台侧向倾角和机舱左右加速度进行计算，引入附加独立变桨指令和附加扭矩指令，调节风轮的侧向推力来抑制漂浮式风电机组随波浪侧向运动。
本发明的第二目的在于提供一种海上漂浮式风电机组的波浪侧向运动控制系统。
本发明的第三目的在于提供一种存储介质。
本发明的第四目的在于提供一种计算设备。
本发明的第一目的通过下述技术方案实现：一种海上漂浮式风电机组的波浪侧向运动控制方法，执行以下操作：
采集漂浮式风电机组的浮式基础平台侧向倾角和机舱左右加速度并进行数据处理，以获得浮式基础平台有效侧向倾角和机舱有效左右加速度；
将获得的浮式基础平台有效侧向倾角和机舱有效左右加速度，通过微分运算和积分运算，输出两类附加独立变桨指令，即第一附加独立变桨指令和第二附加独立变桨指令；其中，所述第一附加独立变桨指令是与浮式基础平台侧向倾角速度相关的附加独立变桨指令，所述第二附加变桨指令是与机舱侧向速度一致的附加独立变桨指令；
将获得的浮式基础平台有效侧向倾角和机舱有效左右加速度，通过微分运算和积分运算，输出附加扭矩指令；
在漂浮式风电机组正常发电状态下，将输出的附加扭矩指令与漂浮式风电机组的扭矩控制器输出的发电机扭矩指令进行叠加，叠加后得到最终发电机扭矩指令，将输出的两类附加独立变桨指令与漂浮式风电机组的变桨控制器输出的变桨指令进行叠加，叠加后得到最终变桨指令传递到漂浮式风电机组的变桨系统执行，实现抑制漂浮式风电机组随波浪侧向运动。
进一步，通过倾角传感器测量浮式基础平台侧向倾角，所述倾角传感器安装在漂浮式风电机组的浮式基础平台上，所述倾角传感器能够实时测量浮式基础平台两个方向的倾角，即浮式基础平台俯仰倾角和浮式基础平台侧向倾角，所述浮式基础平台侧向倾角直接反应了漂浮式风电机组在波浪作用下的侧向运动，然而倾角传感器测量的侧向倾角不能直接用于控制；
对于浮式基础平台上安装多个倾角传感器的情况，每个倾角传感器都测得浮式基础平台侧向倾角，能够通过加权取平均的数据处理方式获得浮式基础平台平均侧向倾角，所述浮式基础平台平均侧向倾角的定义如下：
Figure BDA0004025320240000021
在上式中，
Figure BDA0004025320240000031
表示浮式基础平台平均侧向倾角；k1表示第一个倾角传感器的加权系数；θss,1表示第一个倾角传感器测量的浮式基础平台侧向倾角；k2表示第二个倾角传感器的加权系数；θss,2表示第二个倾角传感器测量的浮式基础平台侧向倾角；kn表示第n个倾角传感器的加权系数；θss,n表示第n个倾角传感器测量的浮式基础平台侧向倾角；
倾角传感器测量的浮式基础平台侧向倾角包含各种频率的信号，仅波浪频率区间的浮式基础平台侧向倾角能够作为控制输入信号，因此需要对测量数据进行滤波数据处理，取出波浪频率区间的浮式基础平台侧向倾角，并滤除其它高频谐波噪声，定义浮式基础平台有效侧向倾角，具体如下：
Figure BDA0004025320240000032
在上式中，
Figure BDA0004025320240000033
表示浮式基础平台有效侧向倾角；Fss(s)表示有效侧向倾角滤波器，内部包含带通滤波器和带阻滤波器；
Figure BDA0004025320240000034
表示浮式基础平台平均侧向倾角。
进一步，通过加速度传感器测量机舱左右加速度，所述加速度传感器安装在漂浮式风电机组的机舱上，所述加速度传感器能够实时测量机舱两个方向的加速度，即机舱前后加速度和机舱左右加速度，所述机舱左右加速度直接反应了漂浮式风电机组在波浪作用下的侧向运动，然而加速度传感器测量的机舱左右加速度不能直接用于控制；
对于机舱上安装多个加速度传感器的情况，每个加速度传感器都测得机舱左右加速度，能够通过加权取平均的数据处理方式获得机舱平均左右加速度，所述机舱平均左右加速度的定义如下：
Figure BDA0004025320240000035
在上式中，
Figure BDA0004025320240000036
表示机舱平均左右加速度；m1表示第一个加速度传感器的加权系数；ass,1表示第一个加速度传感器测量的机舱左右加速度；m2表示第二个加速度传感器的加权系数；ass,2表示第二个加速度传感器测量的机舱左右加速度；mn表示第n个加速度传感器的加权系数；ass,n表示第n个加速度传感器测量的机舱左右加速度；
加速度传感器测量的机舱左右加速度包含各种频率的信号，仅波浪频率区间的机舱左右加速度能够作为控制输入信号，因此需要对测量数据进行滤波数据处理，取出波浪频率区间的机舱左右加速度，并滤除其它高频谐波噪声，定义机舱有效左右加速度，具体如下：
Figure BDA0004025320240000041
在上式中，
Figure BDA0004025320240000042
表示机舱有效左右加速度；Hss(s)表示有效左右加速度滤波器，内部包含带通滤波器和带阻滤波器；
Figure BDA0004025320240000043
表示机舱平均左右加速度。
进一步，漂浮式风电机组随着波浪进行侧向运动时，若在变桨指令上叠加与浮式基础平台侧向倾角速度相关的附加独立变桨指令，则在漂浮式风电机组的风轮侧产生侧向推力与机组侧向运动速度方向相反，抑制其随着波浪的侧向运动，因此，将此附加独立变桨指令定义为第一附加独立变桨指令，所述第一附加独立变桨指令获取的方法如下：
将浮式基础平台有效侧向倾角进行微分运算以后，得到浮式基础平台有效侧向倾角速度，再经过比例增益并引入余弦函数，得到第一附加独立变桨指令，所述第一附加独立变桨指令计算公式如下：
Figure BDA0004025320240000044
在上式中，
Figure BDA0004025320240000045
表示叶片1的第一附加独立变桨指令；
Figure BDA0004025320240000046
表示叶片2的第一附加独立变桨指令；
Figure BDA0004025320240000047
表示叶片3的第一附加独立变桨指令；Ass表示第一附加独立变桨指令比例增益；
Figure BDA0004025320240000051
表示浮式基础平台有效侧向倾角；
Figure BDA0004025320240000052
表示浮式基础平台有效侧向倾角对时间的微分；
Figure BDA0004025320240000053
表示叶片1测量得到的方位角；ωr表示风轮测量转速；τ表示变桨系统时间延时。
进一步，漂浮式风电机组随着波浪进行侧向运动时，若在变桨指令上叠加与机舱侧向速度一致的附加独立变桨指令，则在风轮上产生侧向推力与机组侧向运动速度方向相反，抑制其随着波浪的侧向运动，因此，将此附加独立变桨指令定义为第二附加独立变桨指令，所述第二附加独立变桨指令获取的方法如下：
将机舱有效左右加速度进行积分运算以后，得到机舱有效左右速度，再经过比例增益得到第二附加独立变桨指令，所述第二附加独立变桨指令计算公式如下：
Figure BDA0004025320240000054
在上式中，
Figure BDA0004025320240000055
表示叶片1的第二附加独立变桨指令；
Figure BDA0004025320240000056
表示叶片2的第二附加独立变桨指令；
Figure BDA0004025320240000057
表示叶片3的第二附加独立变桨指令；Bss表示第二附加独立变桨指令比例增益；
Figure BDA0004025320240000058
表示机舱有效左右加速度；
Figure BDA0004025320240000059
表示机舱有效左右加速度对时间的积分；
Figure BDA00040253202400000510
表示叶片1测量得到的方位角；ωr表示风轮测量转速；τ表示变桨系统时间延时。
进一步，漂浮式风电机组随着波浪进行侧向摇摆运动时，若微调节发电机扭矩，产生与机组侧向运动速度方向相反的回复力矩，抑制其随着波浪的侧向运动，通过在扭矩控制器输出的发电机扭矩指令上叠加附加扭矩指令，能够实现控制机组在波浪作用下的侧向运动；
定义附加扭矩指令，具体公式如下：
Figure BDA0004025320240000061
在上式中，Tss表示附加扭矩指令；Css表示倾角附加扭矩指令增益；
Figure BDA0004025320240000062
表示浮式基础平台有效侧向倾角对时间的微分；Dss表示加速度附加扭矩指令增益；
Figure BDA0004025320240000063
表示机舱有效左右加速度对时间的积分。
进一步，最终发电机扭矩指令定义如下:
Figure BDA0004025320240000064
在上式中，
Figure BDA0004025320240000065
表示最终发电机扭矩指令；Tset表示扭矩控制器输出的发电机扭矩指令；Tss表示附加扭矩指令；逗号后面表示条件。
进一步，最终变桨指令定义如下：
Figure BDA0004025320240000066
在上式中，
Figure BDA0004025320240000067
表示叶片1的最终变桨指令；
Figure BDA0004025320240000068
表示叶片2的最终变桨指令；
Figure BDA0004025320240000069
表示叶片3的最终变桨指令；βc表示变桨控制器输出的统一变桨指令；
Figure BDA00040253202400000610
表示叶片1的第一附加独立变桨指令；
Figure BDA00040253202400000611
表示叶片2的第一附加独立变桨指令；
Figure BDA00040253202400000612
表示叶片3的第一附加独立变桨指令；
Figure BDA00040253202400000613
表示叶片1的第二附加独立变桨指令；
Figure BDA00040253202400000614
表示叶片2的第二附加独立变桨指令；
Figure BDA00040253202400000615
表示叶片3的第二附加独立变桨指令；逗号后面表示条件。
进一步，当漂浮式风电机组处于正常发电状态时，叠加第一附加独立变桨指令和第二附加独立变桨指令及附加扭矩指令，抑制漂浮式风电机组随波浪的侧向运动，以此降低漂浮式风电机组的塔架侧向疲劳载荷；当漂浮式风电机组处于非正常发电状态时，为保证机组的可靠性和安全，不再叠加任何指令，其中，所述非正常发电状态包括启机过程、停机过程及故障状态。
本发明的第二目的通过下述技术方案实现：一种海上漂浮式风电机组的波浪侧向运动控制系统，用于实现上述的海上漂浮式风电机组的波浪侧向运动控制方法，其包括：
测量数据处理模块，用于采集漂浮式风电机组的浮式基础平台侧向倾角和机舱左右加速度并进行数据处理，以获得浮式基础平台有效侧向倾角和机舱有效左右加速度；
变桨指令计算模块，用于将测量数据处理模块获得的浮式基础平台有效侧向倾角和机舱有效左右加速度，通过微分运算和积分运算，输出两类附加独立变桨指令，即第一附加独立变桨指令和第二附加独立变桨指令；其中，所述第一附加独立变桨指令是与浮式基础平台侧向倾角速度相关的附加独立变桨指令，所述第二附加变桨指令是与机舱侧向速度一致的附加独立变桨指令；
扭矩指令计算模块，用于将测量数据处理模块获得的浮式基础平台有效侧向倾角和机舱有效左右加速度，通过微分运算和积分运算，输出附加扭矩指令；
指令叠加执行模块，用于在漂浮式风电机组正常发电状态下，将输出的附加扭矩指令与漂浮式风电机组的扭矩控制器输出的发电机扭矩指令进行叠加，叠加后得到最终发电机扭矩指令，将输出的两类附加独立变桨指令与漂浮式风电机组的变桨控制器输出的变桨指令进行叠加，叠加后得到最终变桨指令传递到漂浮式风电机组的变桨系统执行。
本发明的第三目的通过下述技术方案实现：一种存储介质，存储有程序，所述程序被处理器执行时，实现上述的海上漂浮式风电机组的波浪侧向运动控制方法。
本发明的第四目的通过下述技术方案实现：一种计算设备，包括处理器以及用于存储处理器可执行程序的存储器，所述处理器执行存储器存储的程序时，实现上述的海上漂浮式风电机组的波浪侧向运动控制方法。
本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
1、本发明通过提取浮式基础平台侧向倾角中波浪频率区间的信号，通过微分运算与比例运算，建立浮式基础平台有效侧向倾角与第一附加独立变桨指令之间的联系，在风轮上产生了侧向推力，抑制漂浮式风电机组随波浪侧向运动，降低漂浮式风电机组随波浪侧向运动幅值。
2、本发明引入第二附加独立变桨指令，建立机舱有效左右加速度与第二附加独立变桨指令之间的联系，在风轮上产生了侧向推力，抑制漂浮式风电机组随波浪侧向运动，降低漂浮式风电机组随波浪侧向运动幅值。
3、本发明引入附加扭矩指令，通过建立浮式基础平台有效侧向倾角和机舱有效左右加速度与附加扭矩指令之间联系，调节发电机扭矩，在漂浮式风电机组上产生抑制漂浮式风电机组随波浪运动的侧向反力矩，降低漂浮式风电机组随波浪侧向运动幅值。
4、本发明使用现有的传感器测量数据，不增加额外的传感器设备成本。
附图说明
图1为本发明系统的架构图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
本实施例公开了一种海上漂浮式风电机组的波浪侧向运动控制方法，执行以下操作：
a、采集漂浮式风电机组的浮式基础平台侧向倾角和机舱左右加速度并进行数据处理，以获得浮式基础平台有效侧向倾角和机舱有效左右加速度，具体如下：
通过倾角传感器测量浮式基础平台侧向倾角，所述倾角传感器安装在漂浮式风电机组的浮式基础平台上，所述倾角传感器能够实时测量浮式基础平台两个方向的倾角，即浮式基础平台俯仰倾角和浮式基础平台侧向倾角，所述浮式基础平台侧向倾角直接反应了漂浮式风电机组在波浪作用下的侧向运动，然而倾角传感器测量的侧向倾角不能直接用于控制；
对于浮式基础平台上安装多个倾角传感器的情况，每个倾角传感器都测得浮式基础平台侧向倾角，能够通过加权取平均的数据处理方式获得浮式基础平台平均侧向倾角，所述浮式基础平台平均侧向倾角的定义如下：
Figure BDA0004025320240000091
在上式中，
Figure BDA0004025320240000092
表示浮式基础平台平均侧向倾角；k1表示第一个倾角传感器的加权系数；θss,1表示第一个倾角传感器测量的浮式基础平台侧向倾角；k2表示第二个倾角传感器的加权系数；θss,2表示第二个倾角传感器测量的浮式基础平台侧向倾角；kn表示第n个倾角传感器的加权系数；θss,n表示第n个倾角传感器测量的浮式基础平台侧向倾角；
倾角传感器测量的浮式基础平台侧向倾角包含各种频率的信号，仅波浪频率区间的浮式基础平台侧向倾角能够作为控制输入信号，因此需要对测量数据进行滤波数据处理，取出波浪频率区间的浮式基础平台侧向倾角，并滤除其它高频谐波噪声，定义浮式基础平台有效侧向倾角，具体如下：
Figure BDA0004025320240000101
在上式中，
Figure BDA0004025320240000102
表示浮式基础平台有效侧向倾角；Fss(s)表示有效侧向倾角滤波器，内部包含带通滤波器和带阻滤波器；
Figure BDA0004025320240000103
表示浮式基础平台平均侧向倾角。
通过加速度传感器测量机舱左右加速度，所述加速度传感器安装在漂浮式风电机组的机舱上，所述加速度传感器能够实时测量机舱两个方向的加速度，即机舱前后加速度和机舱左右加速度，所述机舱左右加速度直接反应了漂浮式风电机组在波浪作用下的侧向运动，然而加速度传感器测量的机舱左右加速度不能直接用于控制；
对于机舱上安装多个加速度传感器的情况，每个加速度传感器都测得机舱左右加速度，能够通过加权取平均的数据处理方式获得机舱平均左右加速度，所述机舱平均左右加速度的定义如下：
Figure BDA0004025320240000104
在上式中，
Figure BDA0004025320240000105
表示机舱平均左右加速度；m1表示第一个加速度传感器的加权系数；ass,1表示第一个加速度传感器测量的机舱左右加速度；m2表示第二个加速度传感器的加权系数；ass,2表示第二个加速度传感器测量的机舱左右加速度；mn表示第n个加速度传感器的加权系数；ass,n表示第n个加速度传感器测量的机舱左右加速度；
加速度传感器测量的机舱左右加速度包含各种频率的信号，仅波浪频率区间的机舱左右加速度能够作为控制输入信号，因此需要对测量数据进行滤波数据处理，取出波浪频率区间的机舱左右加速度，并滤除其它高频谐波噪声，定义机舱有效左右加速度，具体如下：
Figure BDA0004025320240000106
在上式中，
Figure BDA0004025320240000107
表示机舱有效左右加速度；Hss(s)表示有效左右加速度滤波器，内部包含带通滤波器和带阻滤波器；
Figure BDA0004025320240000111
表示机舱平均左右加速度。
b、将获得的浮式基础平台有效侧向倾角和机舱有效左右加速度，通过微分运算和积分运算，输出两类附加独立变桨指令，即第一附加独立变桨指令和第二附加独立变桨指令，具体如下：
漂浮式风电机组随着波浪进行侧向运动时，若在变桨指令上叠加与浮式基础平台侧向倾角速度相关的附加独立变桨指令，则在漂浮式风电机组的风轮侧产生侧向推力与机组侧向运动速度方向相反，抑制其随着波浪的侧向运动，因此，将此附加独立变桨指令定义为第一附加独立变桨指令，所述第一附加独立变桨指令获取的方法如下：
将浮式基础平台有效侧向倾角进行微分运算以后，得到浮式基础平台有效侧向倾角速度，再经过比例增益并引入余弦函数，得到第一附加独立变桨指令，所述第一附加独立变桨指令计算公式如下：
Figure BDA0004025320240000112
在上式中，
Figure BDA0004025320240000113
表示叶片1的第一附加独立变桨指令；
Figure BDA0004025320240000114
表示叶片2的第一附加独立变桨指令；
Figure BDA0004025320240000115
表示叶片3的第一附加独立变桨指令；Ass表示第一附加独立变桨指令比例增益；
Figure BDA0004025320240000116
表示浮式基础平台有效侧向倾角；
Figure BDA0004025320240000117
表示浮式基础平台有效侧向倾角对时间的微分；
Figure BDA0004025320240000118
表示叶片1测量得到的方位角；ωr表示风轮测量转速；τ表示变桨系统时间延时。
漂浮式风电机组随着波浪进行侧向运动时，若在变桨指令上叠加与机舱侧向速度一致的附加独立变桨指令，则在风轮上产生侧向推力与机组侧向运动速度方向相反，抑制其随着波浪的侧向运动，因此，将此附加独立变桨指令定义为第二附加独立变桨指令，所述第二附加独立变桨指令获取的方法如下：
将机舱有效左右加速度进行积分运算以后，得到机舱有效左右速度，再经过比例增益得到第二附加独立变桨指令，所述第二附加独立变桨指令计算公式如下：
Figure BDA0004025320240000121
在上式中，
Figure BDA0004025320240000122
表示叶片1的第二附加独立变桨指令；
Figure BDA0004025320240000123
表示叶片2的第二附加独立变桨指令；
Figure BDA0004025320240000124
表示叶片3的第二附加独立变桨指令；Bss表示第二附加独立变桨指令比例增益；
Figure BDA0004025320240000125
表示机舱有效左右加速度；
Figure BDA0004025320240000126
表示机舱有效左右加速度对时间的积分；
Figure BDA0004025320240000127
表示叶片1测量得到的方位角；ωr表示风轮测量转速；τ表示变桨系统时间延时。
c、将获得的浮式基础平台有效侧向倾角和机舱有效左右加速度，通过微分运算和积分运算，输出附加扭矩指令，具体如下：
漂浮式风电机组随着波浪进行侧向摇摆运动时，若微调节发电机扭矩，产生与机组侧向运动速度方向相反的回复力矩，抑制其随着波浪的侧向运动，通过在扭矩控制器输出的发电机扭矩指令上叠加附加扭矩指令，能够实现控制机组在波浪作用下的侧向运动；
定义附加扭矩指令，具体公式如下：
Figure BDA0004025320240000128
在上式中，Tss表示附加扭矩指令；Css表示倾角附加扭矩指令增益；
Figure BDA0004025320240000129
表示浮式基础平台有效侧向倾角对时间的微分；Dss表示加速度附加扭矩指令增益；
Figure BDA0004025320240000131
表示机舱有效左右加速度对时间的积分。
d、在漂浮式风电机组正常发电状态下，将输出的附加扭矩指令与漂浮式风电机组的扭矩控制器输出的发电机扭矩指令进行叠加，叠加后得到最终发电机扭矩指令，将输出的两类附加独立变桨指令与漂浮式风电机组的变桨控制器输出的变桨指令进行叠加，叠加后得到最终变桨指令传递到漂浮式风电机组的变桨系统执行，抑制漂浮式风电机组随波浪的侧向运动，以此降低漂浮式风电机组的塔架侧向疲劳载荷；当漂浮式风电机组处于启机过程、停机过程及故障状态等非正常发电状态时，为保证机组的可靠性和安全，不再叠加任何指令。
最终发电机扭矩指令定义如下：
Figure BDA0004025320240000132
在上式中，
Figure BDA0004025320240000133
表示最终发电机扭矩指令；Tset表示扭矩控制器输出的发电机扭矩指令；Tss表示附加扭矩指令；逗号后面表示条件。
最终变桨指令定义如下：
Figure BDA0004025320240000134
在上式中，
Figure BDA0004025320240000135
表示叶片1的最终变桨指令；
Figure BDA0004025320240000136
表示叶片2的最终变桨指令；
Figure BDA0004025320240000137
表示叶片3的最终变桨指令；βc表示变桨控制器输出的统一变桨指令；
Figure BDA0004025320240000138
表示叶片1的第一附加独立变桨指令；
Figure BDA0004025320240000139
表示叶片2的第一附加独立变桨指令；
Figure BDA00040253202400001310
表示叶片3的第一附加独立变桨指令；
Figure BDA00040253202400001311
表示叶片1的第二附加独立变桨指令；
Figure BDA0004025320240000141
表示叶片2的第二附加独立变桨指令；
Figure BDA0004025320240000142
表示叶片3的第二附加独立变桨指令；逗号后面表示条件。
实施例2
本实施例公开了一种海上漂浮式风电机组的波浪侧向运动控制系统，用于实现实施例1所述的海上漂浮式风电机组的波浪侧向运动控制方法，如图1所示，该系统包括以下功能模块：
测量数据处理模块，用于采集漂浮式风电机组的浮式基础平台侧向倾角和机舱左右加速度并进行数据处理，以获得浮式基础平台有效侧向倾角和机舱有效左右加速度；
变桨指令计算模块，用于将测量数据处理模块获得的浮式基础平台有效侧向倾角和机舱有效左右加速度，通过微分运算和积分运算，输出两类附加独立变桨指令，即第一附加独立变桨指令和第二附加独立变桨指令；其中，所述第一附加独立变桨指令是与浮式基础平台侧向倾角速度相关的附加独立变桨指令，所述第二附加变桨指令是与机舱侧向速度一致的附加独立变桨指令；
扭矩指令计算模块，用于将测量数据处理模块获得的浮式基础平台有效侧向倾角和机舱有效左右加速度，通过微分运算和积分运算，输出附加扭矩指令；
指令叠加执行模块，用于在漂浮式风电机组正常发电状态下，将输出的附加扭矩指令与漂浮式风电机组的扭矩控制器输出的发电机扭矩指令进行叠加，叠加后得到最终发电机扭矩指令，将输出的两类附加独立变桨指令与漂浮式风电机组的变桨控制器输出的变桨指令进行叠加，叠加后得到最终变桨指令传递到漂浮式风电机组的变桨系统执行。
实施例3
本实施例公开了一种存储介质，存储有程序，所述程序被处理器执行时，实现实施例1所述的海上漂浮式风电机组的波浪侧向运动控制方法。
本实施例中的存储介质可以是磁盘、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、U盘、移动硬盘等介质。
实施例4
本实施例公开了一种计算设备，包括处理器以及用于存储处理器可执行程序的存储器，所述处理器执行存储器存储的程序时，实现实施例1所述的海上漂浮式风电机组的波浪侧向运动控制方法。
本实施例中所述的计算设备可以是台式电脑、笔记本电脑、智能手机、PDA手持终端、平板电脑、可编程逻辑控制器(PLC，Programmable Logic Controller)、或其它具有处理器功能的终端设备。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种海上漂浮式风电机组的波浪侧向运动控制方法，其特征在于，执行以下操作：
采集漂浮式风电机组的浮式基础平台侧向倾角和机舱左右加速度并进行数据处理，以获得浮式基础平台有效侧向倾角和机舱有效左右加速度；
将获得的浮式基础平台有效侧向倾角和机舱有效左右加速度，通过微分运算和积分运算，输出两类附加独立变桨指令，即第一附加独立变桨指令和第二附加独立变桨指令；其中，所述第一附加独立变桨指令是与浮式基础平台侧向倾角速度相关的附加独立变桨指令，所述第二附加变桨指令是与机舱侧向速度一致的附加独立变桨指令；
将获得的浮式基础平台有效侧向倾角和机舱有效左右加速度，通过微分运算和积分运算，输出附加扭矩指令；
在漂浮式风电机组正常发电状态下，将输出的附加扭矩指令与漂浮式风电机组的扭矩控制器输出的发电机扭矩指令进行叠加，叠加后得到最终发电机扭矩指令，将输出的两类附加独立变桨指令与漂浮式风电机组的变桨控制器输出的变桨指令进行叠加，叠加后得到最终变桨指令传递到漂浮式风电机组的变桨系统执行，实现抑制漂浮式风电机组随波浪侧向运动。
2.根据权利要求1所述的一种海上漂浮式风电机组的波浪侧向运动控制方法，其特征在于，通过倾角传感器测量浮式基础平台侧向倾角，所述倾角传感器安装在漂浮式风电机组的浮式基础平台上，所述倾角传感器能够实时测量浮式基础平台两个方向的倾角，即浮式基础平台俯仰倾角和浮式基础平台侧向倾角，所述浮式基础平台侧向倾角直接反应了漂浮式风电机组在波浪作用下的侧向运动，然而倾角传感器测量的侧向倾角不能直接用于控制；
对于浮式基础平台上安装多个倾角传感器的情况，每个倾角传感器都测得浮式基础平台侧向倾角，能够通过加权取平均的数据处理方式获得浮式基础平台平均侧向倾角，所述浮式基础平台平均侧向倾角的定义如下：
Figure FDA0004025320230000021
在上式中，
Figure FDA0004025320230000022
表示浮式基础平台平均侧向倾角；k1表示第一个倾角传感器的加权系数；θss,1表示第一个倾角传感器测量的浮式基础平台侧向倾角；k2表示第二个倾角传感器的加权系数；θss,2表示第二个倾角传感器测量的浮式基础平台侧向倾角；kn表示第n个倾角传感器的加权系数；θss,n表示第n个倾角传感器测量的浮式基础平台侧向倾角；
倾角传感器测量的浮式基础平台侧向倾角包含各种频率的信号，仅波浪频率区间的浮式基础平台侧向倾角能够作为控制输入信号，因此需要对测量数据进行滤波数据处理，取出波浪频率区间的浮式基础平台侧向倾角，并滤除其它高频谐波噪声，定义浮式基础平台有效侧向倾角，具体如下：
Figure FDA0004025320230000023
在上式中，
Figure FDA0004025320230000024
表示浮式基础平台有效侧向倾角；Fss(s)表示有效侧向倾角滤波器，内部包含带通滤波器和带阻滤波器；
Figure FDA0004025320230000025
表示浮式基础平台平均侧向倾角。
3.根据权利要求2所述的一种海上漂浮式风电机组的波浪侧向运动控制方法，其特征在于，通过加速度传感器测量机舱左右加速度，所述加速度传感器安装在漂浮式风电机组的机舱上，所述加速度传感器能够实时测量机舱两个方向的加速度，即机舱前后加速度和机舱左右加速度，所述机舱左右加速度直接反应了漂浮式风电机组在波浪作用下的侧向运动，然而加速度传感器测量的机舱左右加速度不能直接用于控制；
对于机舱上安装多个加速度传感器的情况，每个加速度传感器都测得机舱左右加速度，能够通过加权取平均的数据处理方式获得机舱平均左右加速度，所述机舱平均左右加速度的定义如下：
Figure FDA0004025320230000031
在上式中，
Figure FDA0004025320230000032
表示机舱平均左右加速度；m1表示第一个加速度传感器的加权系数；ass,1表示第一个加速度传感器测量的机舱左右加速度；m2表示第二个加速度传感器的加权系数；ass,2表示第二个加速度传感器测量的机舱左右加速度；mn表示第n个加速度传感器的加权系数；ass,n表示第n个加速度传感器测量的机舱左右加速度；
加速度传感器测量的机舱左右加速度包含各种频率的信号，仅波浪频率区间的机舱左右加速度能够作为控制输入信号，因此需要对测量数据进行滤波数据处理，取出波浪频率区间的机舱左右加速度，并滤除其它高频谐波噪声，定义机舱有效左右加速度，具体如下：
Figure FDA0004025320230000033
在上式中，
Figure FDA0004025320230000034
表示机舱有效左右加速度；Hss(s)表示有效左右加速度滤波器，内部包含带通滤波器和带阻滤波器；
Figure FDA0004025320230000035
表示机舱平均左右加速度。
4.根据权利要求3所述的一种海上漂浮式风电机组的波浪侧向运动控制方法，其特征在于，漂浮式风电机组随着波浪进行侧向运动时，若在变桨指令上叠加与浮式基础平台侧向倾角速度相关的附加独立变桨指令，则在漂浮式风电机组的风轮侧产生侧向推力与机组侧向运动速度方向相反，抑制其随着波浪的侧向运动，因此，将此附加独立变桨指令定义为第一附加独立变桨指令，所述第一附加独立变桨指令获取的方法如下：
将浮式基础平台有效侧向倾角进行微分运算以后，得到浮式基础平台有效侧向倾角速度，再经过比例增益并引入余弦函数，得到第一附加独立变桨指令，所述第一附加独立变桨指令计算公式如下：
Figure FDA0004025320230000041
在上式中，
Figure FDA0004025320230000042
表示叶片1的第一附加独立变桨指令；
Figure FDA0004025320230000043
表示叶片2的第一附加独立变桨指令；
Figure FDA0004025320230000044
表示叶片3的第一附加独立变桨指令；Ass表示第一附加独立变桨指令比例增益；
Figure FDA0004025320230000045
表示浮式基础平台有效侧向倾角；
Figure FDA0004025320230000046
表示浮式基础平台有效侧向倾角对时间的微分；
Figure FDA0004025320230000047
表示叶片1测量得到的方位角；ωr表示风轮测量转速；τ表示变桨系统时间延时。
5.根据权利要求4所述的一种海上漂浮式风电机组的波浪侧向运动控制方法，其特征在于，漂浮式风电机组随着波浪进行侧向运动时，若在变桨指令上叠加与机舱侧向速度一致的附加独立变桨指令，则在风轮上产生侧向推力与机组侧向运动速度方向相反，抑制其随着波浪的侧向运动，因此，将此附加独立变桨指令定义为第二附加独立变桨指令，所述第二附加独立变桨指令获取的方法如下：
将机舱有效左右加速度进行积分运算以后，得到机舱有效左右速度，再经过比例增益得到第二附加独立变桨指令，所述第二附加独立变桨指令计算公式如下：
Figure FDA0004025320230000048
在上式中，
Figure FDA0004025320230000049
表示叶片1的第二附加独立变桨指令；
Figure FDA00040253202300000410
表示叶片2的第二附加独立变桨指令；
Figure FDA00040253202300000411
表示叶片3的第二附加独立变桨指令；Bss表示第二附加独立变桨指令比例增益；
Figure FDA00040253202300000412
表示机舱有效左右加速度；
Figure FDA00040253202300000413
表示机舱有效左右加速度对时间的积分；
Figure FDA0004025320230000051
表示叶片1测量得到的方位角；ωr表示风轮测量转速；τ表示变桨系统时间延时。
6.根据权利要求5所述的一种海上漂浮式风电机组的波浪侧向运动控制方法，其特征在于，漂浮式风电机组随着波浪进行侧向摇摆运动时，若微调节发电机扭矩，产生与机组侧向运动速度方向相反的回复力矩，抑制其随着波浪的侧向运动，通过在扭矩控制器输出的发电机扭矩指令上叠加附加扭矩指令，能够实现控制机组在波浪作用下的侧向运动；
定义附加扭矩指令，具体公式如下：
Figure FDA0004025320230000052
在上式中，Tss表示附加扭矩指令；Css表示倾角附加扭矩指令增益；
Figure FDA0004025320230000053
表示浮式基础平台有效侧向倾角对时间的微分；Dss表示加速度附加扭矩指令增益；
Figure FDA0004025320230000054
表示机舱有效左右加速度对时间的积分。
7.根据权利要求6所述的一种海上漂浮式风电机组的波浪侧向运动控制方法，其特征在于，最终发电机扭矩指令定义如下:
Figure FDA0004025320230000055
在上式中，
Figure FDA0004025320230000056
表示最终发电机扭矩指令；Tset表示扭矩控制器输出的发电机扭矩指令；Tss表示附加扭矩指令；逗号后面表示条件。
8.根据权利要求7所述的一种海上漂浮式风电机组的波浪侧向运动控制方法，其特征在于，最终变桨指令定义如下：
Figure FDA0004025320230000061
在上式中，
Figure FDA0004025320230000062
表示叶片1的最终变桨指令；
Figure FDA0004025320230000063
表示叶片2的最终变桨指令；
Figure FDA0004025320230000064
表示叶片3的最终变桨指令；βc表示变桨控制器输出的统一变桨指令；
Figure FDA0004025320230000065
表示叶片1的第一附加独立变桨指令；
Figure FDA0004025320230000066
表示叶片2的第一附加独立变桨指令；
Figure FDA0004025320230000067
表示叶片3的第一附加独立变桨指令；
Figure FDA0004025320230000068
表示叶片1的第二附加独立变桨指令；
Figure FDA0004025320230000069
表示叶片2的第二附加独立变桨指令；
Figure FDA00040253202300000610
表示叶片3的第二附加独立变桨指令；逗号后面表示条件。
9.根据权利要求8所述的一种海上漂浮式风电机组的波浪侧向运动控制方法，其特征在于，当漂浮式风电机组处于正常发电状态时，叠加第一附加独立变桨指令和第二附加独立变桨指令及附加扭矩指令，抑制漂浮式风电机组随波浪的侧向运动，以此降低漂浮式风电机组的塔架侧向疲劳载荷；当漂浮式风电机组处于非正常发电状态时，为保证机组的可靠性和安全，不再叠加任何指令，其中，所述非正常发电状态包括启机过程、停机过程及故障状态。
10.一种海上漂浮式风电机组的波浪侧向运动控制系统，其特征在于，用于实现权利要求1至9中任一项所述的海上漂浮式风电机组的波浪侧向运动控制方法，其包括：
测量数据处理模块，用于采集漂浮式风电机组的浮式基础平台侧向倾角和机舱左右加速度并进行数据处理，以获得浮式基础平台有效侧向倾角和机舱有效左右加速度；
变桨指令计算模块，用于将测量数据处理模块获得的浮式基础平台有效侧向倾角和机舱有效左右加速度，通过微分运算和积分运算，输出两类附加独立变桨指令，即第一附加独立变桨指令和第二附加独立变桨指令；其中，所述第一附加独立变桨指令是与浮式基础平台侧向倾角速度相关的附加独立变桨指令，所述第二附加变桨指令是与机舱侧向速度一致的附加独立变桨指令；
扭矩指令计算模块，用于将测量数据处理模块获得的浮式基础平台有效侧向倾角和机舱有效左右加速度，通过微分运算和积分运算，输出附加扭矩指令；
指令叠加执行模块，用于在漂浮式风电机组正常发电状态下，将输出的附加扭矩指令与漂浮式风电机组的扭矩控制器输出的发电机扭矩指令进行叠加，叠加后得到最终发电机扭矩指令，将输出的两类附加独立变桨指令与漂浮式风电机组的变桨控制器输出的变桨指令进行叠加，叠加后得到最终变桨指令传递到漂浮式风电机组的变桨系统执行。
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