海上漂浮式风力发电机组的控制系统

文档序号:1843072 发布日期:2021-11-16 浏览:15次 >En<

阅读说明:本技术 海上漂浮式风力发电机组的控制系统 (Control system of offshore floating type wind generating set ) 是由 付明志 郭小江 李春华 李铮 秦猛 于 2021-09-06 设计创作,主要内容包括:本公开提出一种海上漂浮式风力发电机组的控制系统,涉及海上风力发电技术领域。其中,控制系统,包括浮式风机、浮式风机变流器、升压变压器、飞轮储能装置、飞轮储能变流器、偏航装置、风速风向仪以及浮式风机控制器;浮式风机的发电机定子绕组与所述浮式风机变流器相连,浮式风机变流器与所述升压变压器的一端连接,升压变压器的另一端与电网系统相连;飞轮储能装置与飞轮储能变流器连接,飞轮储能变流器与浮式风机变流器的连接;偏航装置与浮式风机控制器连接,偏航装置中的偏航螺旋桨安装于浮式风机中的浮筒侧面或下面;风速风向仪与浮式风机控制器相连;浮式风机控制器,用于对飞轮储能装置和/偏航装置的工作状态进行控制。(The utility model provides a control system of marine floating wind generating set, relates to marine wind power generation technical field. The control system comprises a floating fan, a floating fan converter, a boosting transformer, a flywheel energy storage device, a flywheel energy storage converter, a yawing device, an anemorumbometer and a floating fan controller; a generator stator winding of the floating type fan is connected with the floating type fan converter, the floating type fan converter is connected with one end of the boosting transformer, and the other end of the boosting transformer is connected with a power grid system; the flywheel energy storage device is connected with a flywheel energy storage converter, and the flywheel energy storage converter is connected with a floating fan converter; the yawing device is connected with a floating fan controller, and a yawing propeller in the yawing device is arranged on the side surface or below a buoy in the floating fan; the anemorumbometer is connected with the floating fan controller; and the floating fan controller is used for controlling the working state of the flywheel energy storage device and/or the yaw device.)

海上漂浮式风力发电机组的控制系统

技术领域

本公开涉及海上风力发电技术领域,具体涉及一种海上漂浮式风力发电机组的控制系统。

背景技术

近年来,由于传统化石能源大量消耗造成区域性雾霾以及全球变暖等重大环境问题,大力发展清洁的可再生能源,比如风能、光能等可再生能源,已成为全球的共识。风能作为可再生新能源,由于其具备来源广、储量大以及无污染等优点正日益受到人们的关注。电能作为能源的特殊载体具有清洁、高效环境友好等特点,因此大力发展新能源发电意义重大。

随着人类对海上风资源认识的加深和风能开发技术的进步,风资源的开发出现了从近浅海向深远海发展的趋势,其中,海上浮式风机是深海风能开发的重要方向。

通常,海上浮式风机会受到来流风速、海水波浪等影响,从而可能会影响到海上浮式风机的性能。由此,如何对海上漂浮式风力发电机组进行控制,以提高其性能,成为当前亟待解决的问题。

发明内容

本公开旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

本公开第一方面实施例提出了一种海上漂浮式风力发电机组的控制系统,包括:

浮式风机、浮式风机变流器、升压变压器、飞轮储能装置、飞轮储能变流器、偏航装置、风速风向仪以及浮式风机控制器;

其中,所述浮式风机的发电机定子绕组与所述浮式风机变流器相连,所述浮式风机变流器与所述升压变压器的一端连接,所述升压变压器的另一端与电网系统相连;

所述飞轮储能装置与所述浮式风机变流器连接,所述飞轮储能变流器与所述浮式风机变流器的连接;

所述偏航装置与所述浮式风机控制器连接,所述偏航装置中的偏航螺旋桨安装于所述浮式风机中的浮筒侧面或下面;

所述风速风向仪与所述浮式风机控制器相连;

所述浮式风机控制器,用于对所述飞轮储能装置和/所述偏航装置的工作状态进行控制。

可选的,所述浮式风机变流器包括机侧变流器、网侧变流器和直流母线,所述浮式风机变流器中的机侧变流器和网侧变流器通过直流母线相连。

可选的,升压变压器低压侧与所述浮式风机变流器网侧变流器相连,升压变压器低压侧与电网系统相连。

可选的,所述飞轮储能变流器的直流侧连接于所述浮式风机变流器的直流母线,所述飞轮储能变流器的交流侧与所述飞轮储能装置的电动机定子绕组相连,所述飞轮储能装置的电动机与飞轮本体安装在同一个旋转轴上。

可选的,所述风速风向仪安装于所述浮式风机的机舱顶部,用于实时检测浮式风机环境风速和方向,所述风速风向仪的电源由浮式风机控制器提供,所述风速风向仪的输出信号通过电缆发送给浮式风机控制器。

可选的,所述偏航装置,还包括:

固定连接环盘以及偏航导向槽或偏航导向环;

所述固定连接环盘位于所述浮筒底部,所述偏航导向槽或偏航导向环位于所述固定连接环盘上。

可选的,所述偏航装置,还包括:

系泊系统及锁紧装置;

所述锁紧装置位于所述偏航导向槽与所述系泊系统之间。

可选的,还包括:网侧电压传感器和网侧电流传感器;

其中,所述网侧电压传感器和所述网侧电流传感器,位于所述网侧变流器与所述电网系统之间的线路上,所述网侧电压传感器用于检测网侧变流器网侧的并网点电压,所述网侧电流传感器用于检测网侧变流器网侧的并网点电流。

可选的,还包括:机侧电压传感器和机侧电流传感器;

其中,所述机侧电压传感器和机侧电流传感器,位于浮式风机变流器中的机侧变流器与发电机定子绕组之间,所述机侧电压传感器用于检测机侧变流器的机侧电压,所述机侧电流传感器用于检测机侧变流器的机侧电流值。

可选的,还包括:转速传感器;

所述转速传感器位于所述浮式风机的发电机轴端,用于实时检测浮式风机发电机的旋转速度。

可选的,还包括:所述桨距角检测传感器;

其中,所述叶片桨距角传感器与所述浮式风机相连,由所述浮式风机供电;用于实时检测所述浮式风机叶片的桨距角。

可选的,所述浮式风机控制器包括信号采集模块、信号滤波模块、变桨控制模块、偏航控制模块、转速转矩控制模块、飞轮储能控制模块。

可选的,所述信号采集模块用于实时采集所述控制系统中的各类传感器发送的信号。

可选的,所述信号滤波模块用于实时对所述信号采集模块发送的信号进行数字滤波处理。

可选的,所述变桨控制模块用于实时对所述浮式风机的叶片进行变桨角度计算。

可选的,所述偏航控制模块用于实时对所述浮式风机的机舱进行偏航角度计算。

可选的,所述转速转矩控制模块用于实时对所述浮式风机发电机的转速和转矩进行计算。

可选的,所述飞轮储能控制模块用于实时对所述飞轮储能装置的转速和充放电状态进行控制。

本公开第二方面实施例提出了一种海上漂浮式风力发电机组的控制方法,包括:

获取所述风力发电机组中风机当前的输出功率、第一角度值、所述风机的额定功率、来流风当前的第二角度值;

将所述输出功率与所述风机的额定功率进行比较,以确定所述输出功率与所述风机的额定功率间的关系;

将所述第一角度值与所述第二角度值进行比较,以确定所述第一角度值与所述第二角度值的差值;

根据所述关系及所述差值,对所述风力发电机组中的飞轮储能装置和/或偏航装置的工作状态进行控制。

可选的,所述飞轮储能装置的动量矩HM=JM*(ω+θ);所述浮式风机的动量矩HG=(JG—JM)*θ;

来流风速对机组的倾覆力矩M,满足以下条件:

水面波浪对机组的倾覆力矩M,满足以下条件:

其中:HM——飞轮储能装置的动量矩;

HG——风机的动量矩;

JM——飞轮储能装置转动惯量;

JG——风机的转动惯量;

ω——飞轮储能装置转子角速度;

θ——塔筒轴线与水面法线的夹角;

l——风机顶部与水面之间的距离;

r——风机浸水底面外缘到风机重心与水面垂线之间的距离;

A——风机迎风面的面积;

S——风机湿表面;

C——风阻系数;

ρ——空气密度;

v——来流风速;

ΔP——波浪压力;

n——S的单位外法线矢量;

r——波浪压力作用点相对于风机坐标系的位置向量。

可选的,所述飞轮储能装置的目标转速,满足以下关系:

本公开第三方面实施例提出了一种海上漂浮式风力发电机组的控制装置,包括:

获取模块,用于获取所述风力发电机组中风机当前的输出功率、第一角度值、所述风机的额定功率、来流风当前的第二角度值;

第一确定模块,用于将所述输出功率与所述风机的额定功率进行比较,以确定所述输出功率与所述风机的额定功率间的关系;

第二确定模块,用于将所述第一角度值与所述第二角度值进行比较,以确定所述第一角度值与所述第二角度值的差值;

控制模块,用于根据所述关系及所述差值,对所述风力发电机组中的飞轮储能装置和/或偏航装置的工作状态进行控制。

本公开第四方面实施例提出了一种电子设备,包括:存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述程序时,实现如本公开第二方面实施例提出的海上漂浮式风力发电机组的控制方法。

本公开第五方面实施例提出了一种非临时性计算机可读存储介质,存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现如本公开第二方面实施例提出的海上漂浮式风力发电机组的控制方法。

本公开第六方面实施例提出了一种计算机程序产品,当所述计算机程序产品中的指令处理器执行时,执行本公开第二方面实施例提出的海上漂浮式风力发电机组的控制方法。

本公开提供的海上漂浮式风力发电机组的控制系统,浮式风机、浮式风机变流器、升压变压器、飞轮储能装置、飞轮储能变流器、偏航装置以及浮式风机控制器;其中,所述浮式风机的发电机定子绕组与所述浮式风机变流器相连,所述浮式风机变流器与所述升压变压器的一端连接,所述升压变压器的另一端与电网系统相连;所述飞轮储能装置与所述浮式风机变流器连接,所述飞轮储能变流器与所述浮式风机变流器的连接;所述偏航装置与所述浮式风机控制器连接,所述偏航装置中的偏航螺旋桨安装于所述浮式风机中的浮筒侧面或下面;所述浮式风机控制器,用于对所述飞轮储能装置和/所述偏航装置的工作状态进行控制。由此,通过对飞轮储能装置和/或偏航装置进行控制,即可实现对风力发电机组的控制,提高风力发电机组的稳定性和可靠性。

本公开附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本公开的实践了解到。

附图说明

本公开上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解,其中:

图1为本公开一实施例所提供的海上漂浮式风力发电机组的控制系统的结构示意图;

图1A为本公开一实施例所提供的海上浮式风机控制器的结构示意图;

图2为本公开另一实施例所提供的海上漂浮式风力发电机组的控制方法的流程示意图;

图3为本公开另一实施例所提供的海上漂浮式风力发电机组的控制装置的结构示意图;

图4示出了适于用来实现本公开实施方式的示例性电子设备的框图。

具体实施方式

下面详细描述本公开的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本公开,而不能理解为对本公开的限制。

下面参考附图描述本公开实施例的海上漂浮式风力发电机组的控制方法、海上漂浮式风力发电机组的控制系统。

本公开实施例以海上漂浮式风力发电机组的控制方法被配置于海上漂浮式风力发电机组的控制装置中来举例说明,该海上漂浮式风力发电机组的控制装置可以应用于任一电子设备中,以使该电子设备可以执行海上漂浮式风力发电机组的控制功能。

图1为本公开提供的一种海上漂浮式风力发电机组的控制系统。

如图1所示,该海上漂浮式风力发电机组的控制系统可以包括:浮式风机、浮式风机变流器、升压变压器、飞轮储能装置、飞轮储能变流器、偏航装置、风速风向仪以及浮式风机控制器。

其中,浮式风机的发电机定子绕组与浮式风机变流器相连,浮式风机变流器与升压变压器的一端连接,升压变压器的另一端与电网系统相连;飞轮储能装置与飞轮储能变流器连接,飞轮储能变流器与浮式风机变流器的连接;偏航装置与浮式风机控制器连接。

其中,浮式风机,可以为浮式单风轮风机,或者也可以为浮式双风轮风机,或者还可以为浮式多风轮风机等等,本公开对此不做限定。

另外,飞轮储能装置,可以为一个,或者也可以为多个;相应的,飞轮储能变流器,可以为一个,或者也可以为多个;可以根据实际需要对飞轮储能装置以及飞轮储能变流器进行调整等等,本公开对此不做限定。

可选的,若有多个飞轮储能装置,其可以满足以下公式:

P飞轮=P风机/N飞轮 (1)

其中,P飞轮为单个飞轮储能装置的功率,P风机为浮式风机的额定功率,N飞轮为飞轮储能装置的台数N飞轮

比如,在如图1所示的示意图中,风机为浮式单风轮风机,飞轮储能装置为三个,飞轮储能变流器也为三个等等,本公开对此不做限定。

可选的,飞轮储能装置可以为盘型飞轮储能装置,相应的,飞轮储能装置的悬浮方式可以为全磁悬浮,或者也可以为磁悬浮与机械顶针轴承组合式磁悬浮等等,本公开对此不做限定。

可以理解的是,在本公开实施例中,在浮式风机的输出功率大于额定功率的情况下,可以提高飞轮储能装置的转速,从而提高储能能量;在浮式风机输出的发电功率小于或等于额定功率时,降低飞轮储能装置的转速,以释放能量,稳定浮式风机的状态。

从而,本公开实施例,控制器可以通过对飞轮储能装置进行控制,以平衡浮式风机的功率波动,稳定机组的运行状态,从而为机组运行的可靠性和稳定性提供了保障。

另外,偏航装置中的偏航螺旋桨,可以安装在浮式风机的浮筒侧面或下面。

可以理解的是,偏航螺旋桨的数量,可以为一个,或者也可以为多个,比如,其可以为3个、6个等等,本公开对此不做限定。

比如,在如图1所示的示意图中,偏航螺旋桨的数量为3个等等,本公开对此不做限定。

可选的,各个偏航螺旋桨与浮式风机基础结构的圆心距离可以相等,偏航螺旋桨旋转轴向的方向可以垂直于,其安装点与浮式风机基础结构圆心之间的连线,平行于同心圆的切向方向等等,本公开对此不做限定。

可选的,风速风向仪,可以位于浮式风机的机舱顶部,用于实时检测风速和方向,风速风向仪的电源可以由控制器提供,通过电缆将风速风向仪的输出信号发送给控制器。

从而,本公开实施例中,控制器,可以用于对偏航装置的工作状态进行控制。比如,控制器根据接收到的风速和风向,确定出当前风力发电机组需要进行偏航,则控制器可以控制偏航螺旋桨,按照确定出的偏航角度进行偏航等等,本公开对此不做限定。

本公开实施例中,控制器可以通过驱动偏航装置中的偏航螺旋桨,即可进行偏航,满足风力发电机组的偏航需求,偏航螺旋桨结构简单,且所需驱动力较小,功耗低。

可选的,在当前风力发电机组需要进行偏航的情况下,且浮式风机的输出功率大于额定功率的情况下,控制器可以提高飞轮储能装置的转速,以吸收能量,并且驱动偏航螺旋桨进行偏航,从而既满足了偏航需求,又平衡了浮式风机的功率波动,从而为机组运行的可靠性和稳定性提供了保障。

可选的,浮式风机变流器可以包括机侧变流器、网侧变流器和直流母线,浮式风机变流器中的机侧变流器和网侧变流器可以通过直流母线相连。

另外,飞轮储能变流器的直流侧,可以连接于浮式风机变流器的直流母线,飞轮储能变流器的交流侧,可以与飞轮储能装置的电动机定子绕组相连,飞轮储能装置的电动机与飞轮本体可以安装在同一个旋转轴上。

其中,飞轮储能装置的电动机,可以为永磁同步电机(permanent magnetsynchronous motor,PMSM),或者也可以为其他类型的电机等等,本公开对此不做限定。

可选的,若有多台飞轮储能变流器,其可以并联于浮式风机变流器的直流母线,如图1所示。

可选的,飞轮储能装置的安装位置,可以根据浮式风机基础平台的结构形式和重心位置等进行确定,本公开对此不做限定。

比如,对于半潜式风机基础平台,可以将飞轮储能装置设置在三角形平台的三个浮筒内部,并通过机械刚性连接将其固定在基础平台上。或者,对于单柱式漂浮机组,可以将飞轮储能装置设置在单柱基础平台内部,通过刚性机械连接固定于单柱式风机基础平台等等,本公开对此不做限定。

在一种可能的实现方式中,偏航装置中还可以包括固定连接环盘以及偏航导向槽或偏航导向环。

其中,固定连接环盘可以位于浮筒底部,偏航导向槽或偏航导向环位于固定连接环盘上。

可以理解的是,在偏航螺旋桨推动风力发电机组进行偏航的过程中,本公开中的固定连接环盘以及偏航导向槽或偏航导向环,可以保证浮式风机保持圆周运动,从而尽量降低对浮式风机性能造成的影响。

可选的,偏航装置中还可以包括:系泊系统及锁紧装置,其中,锁紧装置位于偏航导向槽与系泊系统之间。

其中,系泊系统,可以用于将浮式风力发电机组定位在一定范围内并控制风力发电机组的运动。

需要说明的是,可以采用任何可取的方式,确定本公开实施例中的系泊系统,本公开对此不做限定。

可以理解的是,本公开中的锁紧装置,可以为一个,或者也可以为多个,本公开对此不做限定。

可以理解的是,在偏航过程中,锁紧装置处于松开状态时,可以使系泊系统与偏航导向槽可以保持自由滑动状态,以进行偏航,在偏航停止后,锁紧装置可以处于锁紧状态,以使系泊系统与风力发电机组锁紧,保持风力发电机组的稳定与可靠。

需要说明的是,在实际实现过程中,可以根据需要对海上漂浮式风力发电机组的控制系统的结构等进行调整,比如增加电流传感器、电压传感器等等,上述图1中的各结构的数量、形态等只是示意性说明,不能作为对本公开的限定。

在一种可能的实现方式中,升压变压器低压侧可以与浮式风机变流器网侧变流器相连,升压变压器低压侧可以与电网相连。

从而,本公开实施例中,在浮式风机的输出功率较低时,可以通过控制飞轮储能装置的转速,使得飞轮储能装置释放的能量,通过浮式风机变流器的直流母线传输到电网,从而维持浮式风机的稳定状态;或者,在浮式风机的输出功率较高时,可以通过控制飞轮储能装置的转速,使得飞轮储能装置吸收能量等等,本公开对此不做限定。

可选的,本公开实施例中,还可以通过风速风向仪确定出来流风速的大小,从而,控制器可以根据来流风速的大小,对飞轮储能装置的工作状态进行控制。

比如,可以将飞轮储能装置在额定转速下,对应抑制来流风速对浮式风机产生影响的风速确定为第一风速。在来流风速小于或等于第一风速的情况下,则可以控制飞轮储能装置运行在对外放电的模式,通过对外释放能量,降低飞轮储能装置的转速,以平滑风机的输出功率,从而提高风力发电机组的稳定性。

或者,在来流风速大于第一风速的情况下,可以控制飞轮储能装置运行在充电模式,提高飞轮储能装置的转速,从而增强飞轮储能装置抑制浮式风机受来流风速影响的能力,保障风力发电机组的稳定运行。

需要说明的是,上述示例只是举例说明,不能作为对本公开实施例中对飞轮储能装置的工作状态以及控制方式等的限定。

从而,本公开实施例中,浮式风机控制器可以根据来流风速的大小,对飞轮储能装置的工作状态进行控制,以稳定风力发电机组的运行状况。

在一种可能的实现方式中,浮式风机控制器还可以根据在海水波浪波动参数调节飞轮储能装置的转速。比如说,在海水波动较小时,浮式风机控制器可以确定,飞轮储能装置运行在额定转速,即可抵抗海水波动造成的晃动。或者,浮式风机控制器确定出海水波动较大,则可以通过提高飞轮储能装置的转速,从而抑制风力发电机组随波浪的晃动幅度。由此,提高了风力发电机组的稳定性和可靠性。

在一种可能的实现方式中,浮式风力发电机组的控制系统中,可以包括各类传感器。比如,电压传感器、电流传感器、桨距角检测传感器等等,本公开对此不做限定。

可选的,浮式风力发电机组的控制系统中,可以包括网侧电压传感器和网侧电流传感器。

比如,网侧电压传感器和网侧电流传感器,位于浮式风机变流器中的网侧变流器与电网系统之间的线路上,网侧电压传感器用于检测网侧变流器网侧的并网点电压,网侧电流传感器用于检测网侧变流器网侧的电流。

可选的,浮式风力发电机组的控制系统中,可以包括机侧电压传感器和机侧电流传感器。

比如,机侧电压传感器和机侧电流传感器,可以位于浮式风机变流器中的机侧变流器与发电机定子绕组之间,机侧电压传感器用于检测机侧变流器的机侧电压,机侧电流传感器用于检测机侧变流器的机侧电流值。

可选的,还可以在浮式风机变流器中的直流母线处安装公共直流母线电压传感器和公共直流母线电流传感器,其中,公共直流母线电压传感器和公共直流母线电流传感器分别用于检测公共直流母线的电压值和电流值。

可选的,浮式风力发电机组的控制系统中,还可以包括转速传感器。

比如,浮式风机发电机与浮式风机的轮毂可以通过传动链相连,可以在浮式风机发电机轴端安装转速传感器。

其中,转速传感器,用于实时检测浮式风机发电机的转速,并将转速信号,通过电缆发送给机侧变流器,机侧变流器在对转速信号进行处理后,可以将处理后的信号发送给浮式风机控制器。

可选的,浮式风力发电机组的控制系统中,还可以包括桨距角检测传感器

比如,浮式风机轮毂可以通过传动链与浮式风机发电机相连,可以在浮式风机轮毂处,安装桨距角检测传感器。

其中,桨距角检测传感器可以与浮式风机控制器相连,并由浮式风机控制器为其供电,桨距角检测传感器用于实时检测浮式风机叶片桨距角,并将输出信号通过电缆发送给浮式风机控制器。

可选的,还可以在风力发电机组上安装风速传感器,用于获取风力发电机组当前的角度值。

在一种可能的实现方式中,浮式风机控制器,可以包括信号采集模块、信号滤波模块、计算与逻辑处理模块、变桨控制模块、偏航控制模块、转速转矩控制模块、飞轮储能控制模块、安全链控制模块。

可选的,信号采集模块,可以用于实时采集浮式风机各类传感器发送的信号,并将采集到的信号进行电平变换与数字化处理。

可选的,信号滤波模块,可以用于实时对信号采集模块发送的信号进行数字滤波,从而滤除干扰信号,并把滤波后的各类信号发送给偏航控制模块、变桨控制模块、转速转矩控制模块、计算与逻辑处理模块等等。

可选的,计算与逻辑处理模块,可以将信号滤波模块输入其中的各类信号进行处理与逻辑分析,并将处理结果分别发送给偏航控制模块、变桨控制模块、转速转矩控制模块、飞轮储能控制模块。

可选的,变桨控制模块,可以用于实时获取桨距角,并对获取的桨距角进行分析,以得到变桨角度,并可以将变桨角度发送给变桨执行机构。

可选的,偏航控制模块,可以用于实时对浮式风机的机舱进行偏航角度计算,并可以把偏航角度计算结果实时发送给偏航执行机构,从而对偏航执行机构开展实施监控,确定偏航执行机构的运行状态。

可选的,转速转矩控制模块,可以用于实时对浮式风机的发电机的转速和转矩进行计算,并可以把转速和转矩计算结果实时发送给浮式风机变流器的机侧变流器,并对发电机的转速和转矩值开展实施监控,确定发电机和机侧变流器的运行状态。

可选的,飞轮储能控制模块,可以用于实时对飞轮储能装置的转速和充放电状态进行计算与判断,并可以把飞轮储能装置转速计算结果以及充放电状态实时发送给飞轮储能变流器,对飞轮储能装置和飞轮储能变流器开展实施监控,确定飞轮储能装置和飞轮储能变流器的运行状态。

可选的,安全链控制模块,可以用于保护风力发电机组的安全。

其中,飞轮储能控制模块,还可以与安全链控制模块,实时进行数据传输,以对飞轮储能装置的状态以及飞轮机组的运行状态进行评估,保障机组运行的安全性与可靠性。

从而,本公开实施例中,控制器中的各个控制模块,可以根据接收到的信号数据,协同处理,从而保障机组运行的安全性和可靠性。

比如说,浮式风机控制器的结构示意图如图1A所示。

举例来说,桨距角检测传感器,可以实时检测浮式风机叶片桨距角,之后可以将输出信号发送给浮式风机控制器。由图1A可知,浮式风机控制器中的信号采集模块,可以获取到桨距角检测传感器发送的信号,并将其进行电平变换与数字化处理。之后,可以将数字化处理后的信号进行数字滤波,从而滤除干扰信号。之后可以将滤波后的信号发送给变桨控制模块,以得到变桨角度,之后变桨机构可以按照变桨角度,控制风力发电机组进行变桨。

或者,转速传感器将获取到的发电机的转速发送给机侧变流器,机侧变流器对该转速信号进行处理后,将处理后的信号发送给浮式风机控制器。由图1A可知,浮式风机控制器中的信号采集模块,可以获取到处理后的转速信号,并将其进行电平变换与数字化处理。之后,可以将数字化处理后的信号发送给滤波模块,滤波模块对其进行数字滤波,从而滤除干扰信号。之后可以将滤波后的信号发送给转速转矩控制模块和计算与逻辑处理模块,从而得到转速转矩计算结果,之后可以根据该结果对发电机的工作状态进行控制,从而保持风力发电机组的稳定运行。

需要说明的是,上述示例只是举例说明,不能作为对本公开实施例中控制器进行控制的方式等的限定。

图2为本公开实施例所提供的海上漂浮式风力发电机组的控制方法的流程示意图。如图2所示,该海上漂浮式风力发电机组的控制方法可以包括以下步骤:

步骤201,获取风力发电机组中风机当前的输出功率、第一角度值、风机的额定功率、来流风当前的第二角度值。

可以理解的是,本公开提供的海上漂浮式风力发电机组的控制方法,可以适用于本公开提供的任一海上漂浮式风力发电机组的控制系统。

其中,可以根据海上漂浮式风力发电机组的控制系统中的电压传感器、电流传感器,确定出风力发电机组中风机当前的输出功率,可以根据风速传感器获取风力发电机组当前的第一角度值,可以根据风速风向仪确定出来流风当前的第二角度值等等,本公开对此不做限定。

可以理解的是,本公开实施例中,可以采用任何可取的方式,确定海上漂浮式风力发电机组中风机的输出功率、第一角度值、风机的额定功率、来流风当前的第二角度值,上述示例不能作为对本公开的限定。

步骤202,将输出功率与风机的额定功率进行比较,以确定输出功率与风机的额定功率间的关系。

可以理解的是,风机处于不同的运行状态的情况下,其对应的输出功率可能不同。比如,来流风较强时,风机的输出功率可能大于风机的额定功率,或者来流风较弱时,风机的输出功率可能小于或等于风机的额定功率等等,本公开对此不做限定。

步骤203,将第一角度值与第二角度值进行比较,以确定第一角度值与第二角度值的差值。

可以理解的是,若第一角度值与第二角度值无法直接进行比较,则可以先对二者进行统一化处理,之后再相减,以确定出二者之间的差值等等,本公开对此不做限定。

可选的,可以提前约定,差值为正,则偏航方向为顺时针方向;差值为负,则偏航方向为逆时针方向等等,本公开对此不做限定。

步骤204,根据输出功率与风机的额定功率间的关系及第一角度值与第二角度值的差值,对风力发电机组中的飞轮储能装置和/或偏航装置的工作状态进行控制。

可选的,在输出功率大于风机的额定功率的情况下,可以确定风机输出的电能较多,此时可以确定风力发电机组中的飞轮储能装置应处于充电模式,并提高飞轮储能装置的转速,以吸收风机输出的多余电能,进行储能,从而平衡风机的输出功率,保障风力发电机组的稳定运行。

可选的,还可以在输出功率小于或等于风机的额定功率的情况下,则可以确定风机输出的电能不足以维持电网系统的平稳,此时可以确定风力发电机组中的飞轮储能装置应处于放电模式,可以将储存的能量进行释放,降低飞轮储能装置的转速,从而维持风机的输出功率,保障电网系统的稳定。

可选的,在实际实现过程中,还可以根据来流风速及波浪振动幅值,确定出飞轮储能装置的目标转速,从而根据飞轮储能装置的目标转速,对飞轮储能装置的转速进行控制。

比如,可以先确定飞轮储能装置的动量矩,其可以满足如下公式(2)所示的关系:

HM=JM*(ω+θ) (2)

其中,HM为飞轮储能装置的动量矩,JM为飞轮储能装置转动惯量,ω为飞轮储能装置转子角速度,θ为浮式风机塔筒轴线与水面法线的夹角。

之后,可以确定浮式风力发电机组的动量矩,其可以满足如下公式(3)所示的关系:

HG=(JG—JM)*θ (3)

其中,HG为浮式风机的动量矩,JG为浮式风机的转动惯量,JM为飞轮储能装置转动惯量,θ为浮式风机塔筒轴线与水面法线的夹角。

之后,可以确定浮式风力发电机组的动量矩,其可以满足如下公式(4)所示的关系:

其中,M为来流风速对机组的倾覆力矩,l为浮式风机顶部与水面之间的距离,C为风阻系数,ρ为空气密度,v为来流风速,A为浮式风机迎风面的面积。

之后,可以确定水面波浪对机组的倾覆力矩,其可以满足如下公式(5)所示的关系:

其中,M为水面波浪对机组的倾覆力矩,r为浮式风机浸水底面外缘到风机重心与水面垂线之间的距离,S为浮式风机湿表面,ΔP为波浪压力,n为浮式风机湿表面S的单位外法线矢量。

从而,飞轮储能装置的动量矩、浮式风机的动量矩、来流风速对机组的倾覆力矩、水面波浪对机组的倾覆力矩间,可以满足如下公式(6)、(7)所示的关系:

HM+HG=M+M (6)

即:

从而,本公开实施例中,可以根据监测得到的来流风速、波浪振动幅值等数据,根据以上公式(2)、(3)、(4)、(5)、(6)以及(7),确定出飞轮储能装置的目标转速,之后可以基于该目标转速,对飞轮储能装置的转速进行控制,从而可以实现飞轮储能装置的动量矩、浮式风机的动量矩与来流风倾覆力矩及波浪倾覆力矩间的平衡,进而保持了海上浮式风机的稳定状态,为风力发电机组的平稳运行提供了条件。

比如说,根据上述公式确定出飞轮储能装置的目标转速为n1,当前的实时转速为n2,n2远小于n1,则可以提高飞轮储能装置的转速,以使其转速到达目标转速n1,从而,可以实现飞轮储能装置的动量矩、浮式风机的动量矩与来流风倾覆力矩及波浪倾覆力矩间的平衡。

需要说明的是,上述示例只是举例说明,不能作为对本公开实施例中飞轮储能装置的目标转速的确定方式、对飞轮储能装置进行控制的方式等的限定。

可选的,在第一角度值与第二角度值的差值大于第二阈值的情况下,确定偏航角度,之后可以根据偏航角度,确定偏航螺旋桨需要的驱动数值,之后再根据驱动数值、偏航螺旋桨的数量以及偏航螺旋桨的输出功率,确定偏航螺旋桨的工作时长,之后可以控制风力发电机组中的锁紧装置处于松开状态,以使偏航螺旋桨进行偏航。

其中,第二阈值可以为提前设定好的一个数值,或者也可以根据需要进行调整等等。本公开对此不做限定。

可以理解的是,可以提前设定好,差值与偏航角度的对应关系,从而在确定出差值之后,通过遍历该对应关系,即可确定出对应的偏航角度。

可以理解的是,偏航角度与偏航螺旋桨需要的驱动数值可以成正相关,偏航角度越大,所需驱动数值也越大,偏航角度越小,所需驱动数值也越小等等,本公开对此不做限定。

比如,确定出的驱动数值为W,偏航螺旋桨的数量为3个,各个偏航螺旋桨的输出功率均为P,则可以确定各个偏航螺旋桨的工作时长为:W/(3*P)。若在t时刻,控制偏航螺旋桨开始进行偏航,则可以控制偏航螺旋桨在[t+W/(3*P)]的时刻停止偏航。

可以理解的是,在偏航螺旋桨进行偏航时,可以先控制风力发电机组中的锁紧装置处于松开状态,以使偏航螺旋桨进行偏航。在偏航螺旋桨停止偏航后,可以控制风力发电机组中的锁紧装置处于锁紧状态,以保障风力发电机组的稳定性与可靠性。

本公开实施例,可以先获取风力发电机组中风机当前的输出功率、第一角度值、风机的额定功率、来流风当前的第二角度值,之后可以分别确定出输出功率与风机的额定功率间的关系,以及第一角度值与第二角度值的差值,之后即可对风力发电机组中的飞轮储能装置和/或偏航装置的工作状态进行控制,从而保障了风力发电机组运行的安全性和可靠性。

在一种可能的实现方式中,在飞轮储能装置的转速达到允许运行的转速上限,可以表明飞轮储能装置无法继续进行储能。若浮式风机的输出功率大于或等于额定转速,可以表明此时浮式风机输出的电能可能高于电网系统维持稳定时的电能,此时为了保障系统的稳定,可以确定当前可以进行变桨操作。之后,可以在风机当前的转速大于额定转速、且当前的转速与额定转速的差值大于或等于第一阈值的情况下,确定当前的停止变桨转速,之后可以根据预设的风机转速与桨距角的对应关系,确定与当前的停止变桨转速对应的桨距角,并根据当前的停止变桨转速及对应的桨距角,对风机的转速和桨距角进行控制。

其中,阈值,可以为提前设定的数值,其也可以根据需要进行调整等等,本公开对此不做限定。

可选的,可以根据当前的转速与额定转速,确定当前的停止变桨转速。

比如说,风机的额定转速为n0,风机当前的转速为n1,n1与n0的差值为:(n1-n0),其大于设定的阈值,从而可以确定当前的停止变桨转速为:[n0-(n1-n0)],也即2n0-n1

之后,通过在预设的风机转速与桨距角的对应关系中进行遍历查找,可以确定出与2n0-n1对应的桨距角为a,则可以控制风机降低转速直到转速变为2n0-n1,增大风机的桨距角直到桨距角变为a。

需要说明的是,上述示例只是举例说明,不能作为对本公开实施例中对风机的转速和桨距角进行控制的方式等的限定。

本公开实施例中,通过对风机的转速和桨距角进行控制,即可控制风机进行变桨操作,从而可使风机处于平稳运行工作状态,提高了风力发电机组的利用率。

为了实现上述实施例,本公开还提出一种海上漂浮式风力发电机组的控制装置。

图3为本公开实施例所提供的海上漂浮式风力发电机组的控制装置的结构示意图。

如图3所示,该海上漂浮式风力发电机组的控制装置100可以包括:获取模块110、第一确定模块120、第二确定模块130以及控制模块140。

获取模块110,用于获取所述风力发电机组中风机当前的输出功率、第一角度值、所述风机的额定功率、来流风当前的第二角度值。

第一确定模块120,用于将所述输出功率与所述风机的额定功率进行比较,以确定所述输出功率与所述风机的额定功率间的关系。

第二确定模块130,用于将所述第一角度值与所述第二角度值进行比较,以确定所述第一角度值与所述第二角度值的差值。

控制模块140,用于根据所述关系及所述差值,对所述风力发电机组中的飞轮储能装置和/或偏航装置的工作状态进行控制。

可选的,控制模块140,具体用于:

在所述输出功率大于所述风机的额定功率的情况下,提高所述风力发电机组中的飞轮储能装置的转速;

或者,

在所述输出功率小于或等于所述风机的额定功率的情况下,降低所述风力发电机组中的飞轮储能装置的转速。

可选的,控制模块140,还具体用于:

在所述输出功率大于或等于所述风机的额定功率的情况下,获取所述风机当前的转速、桨距角以及额定转速;

在所述风机当前的转速大于额定转速、且当前的转速与额定转速的差值大于或等于第一阈值的情况下,确定当前的停止变桨转速;

根据预设的风机转速与桨距角的对应关系,确定与所述当前的停止变桨转速对应的桨距角;

根据所述当前的停止变桨转速及所述对应的桨距角,对所述风机的转速和桨距角进行控制。

可选的,控制模块140,还具体用于:

在所述差值大于第二阈值的情况下,确定所述偏航角度;

根据所述偏航角度,确定所述偏航螺旋桨需要的驱动数值;

根据所述驱动数值、所述偏航螺旋桨的数量以及所述偏航螺旋桨的输出功率,确定所述偏航螺旋桨的工作时长;

控制所述风力发电机组中的锁紧装置处于松开状态,以使所述偏航螺旋桨进行偏航。

本公开实施例中的上述各模块的功能及具体实现原理,可参照上述各方法实施例,此处不再赘述。

本公开提供的海上漂浮式风力发电机组的控制装置,可以先获取风力发电机组中风机当前的输出功率、第一角度值、风机的额定功率、来流风当前的第二角度值,之后可以分别确定出输出功率与风机的额定功率间的关系,以及第一角度值与第二角度值的差值,之后即可对风力发电机组中的飞轮储能装置和/或偏航装置的工作状态进行控制,从而保障了风力发电机组运行的安全性和可靠性。

为了实现上述实施例,本公开还提出一种电子设备,包括:存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,处理器执行程序时,实现如本公开前述实施例提出的海上漂浮式风力发电机组的控制方法。

为了实现上述实施例,本公开还提出一种非临时性计算机可读存储介质,存储有计算机程序,计算机程序被处理器执行时实现如本公开前述实施例提出的海上漂浮式风力发电机组的控制方法。

为了实现上述实施例,本公开还提出一种计算机程序产品,当计算机程序产品中的指令处理器执行时,执行如本公开前述实施例提出的海上漂浮式风力发电机组的控制方法。

图4示出了适于用来实现本公开实施方式的示例性电子设备的框图。图4显示的电子设备12仅仅是一个示例,不应对本公开实施例的功能和使用范围带来任何限制。

如图4所示,电子设备12以通用计算设备的形式表现。电子设备12的组件可以包括但不限于:一个或者多个处理器或者处理单元16,系统存储器28,连接不同系统组件(包括系统存储器28和处理单元16)的总线18。

总线18表示几类总线结构中的一种或多种,包括存储器总线或者存储器浮式风机控制器,外围总线,图形加速端口,处理器或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。举例来说,这些体系结构包括但不限于工业标准体系结构(Industry StandardArchitecture;以下简称:ISA)总线,微通道体系结构(Micro Channel Architecture;以下简称:MAC)总线,增强型ISA总线、视频电子标准协会(Video Electronics StandardsAssociation;以下简称:VESA)局域总线以及外围组件互连(Peripheral ComponentInterconnection;以下简称:PCI)总线。

电子设备12典型地包括多种计算机系统可读介质。这些介质可以是任何能够被电子设备12访问的可用介质,包括易失性和非易失性介质,可移动的和不可移动的介质。

存储器28可以包括易失性存储器形式的计算机系统可读介质,例如随机存取存储器(Random Access Memory;以下简称:RAM)30和/或高速缓存存储器32。电子设备12可以进一步包括其它可移动/不可移动的、易失性/非易失性计算机系统存储介质。仅作为举例,存储系统34可以用于读写不可移动的、非易失性磁介质(图4未显示,通常称为“硬盘驱动器”)。尽管图4中未示出,可以提供用于对可移动非易失性磁盘(例如“软盘”)读写的磁盘驱动器,以及对可移动非易失性光盘(例如:光盘只读存储器(Compact Disc Read OnlyMemory;以下简称:CD-ROM)、数字多功能只读光盘(Digital Video Disc Read OnlyMemory;以下简称:DVD-ROM)或者其它光介质)读写的光盘驱动器。在这些情况下,每个驱动器可以通过一个或者多个数据介质接口与总线18相连。存储器28可以包括至少一个程序产品,该程序产品具有一组(例如至少一个)程序模块,这些程序模块被配置以执行本公开各实施例的功能。

具有一组(至少一个)程序模块42的程序/实用工具40,可以存储在例如存储器28中,这样的程序模块42包括但不限于操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据,这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。程序模块42通常执行本公开所描述的实施例中的功能和/或方法。

电子设备12也可以与一个或多个外部设备14(例如键盘、指向设备、显示器24等)通信,还可与一个或者多个使得用户能与该电子设备12交互的设备通信,和/或与使得该电子设备12能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如网卡,调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口22进行。并且,电子设备12还可以通过网络适配器20与一个或者多个网络(例如局域网(Local Area Network;以下简称:LAN),广域网(Wide Area Network;以下简称:WAN)和/或公共网络,例如因特网)通信。如图所示,网络适配器20通过总线18与电子设备12的其它模块通信。应当明白,尽管图中未示出,可以结合电子设备12使用其它硬件和/或软件模块,包括但不限于:微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、RAID系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。

处理单元16通过运行存储在系统存储器28中的程序,从而执行各种功能应用以及数据处理,例如实现前述实施例中提及的方法。

在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本公开的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为,表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分,并且本公开的优选实施方式的范围包括另外的实现,其中可以不按所示出或讨论的顺序,包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序,来执行功能,这应被本公开的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤,例如,可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表,可以具体实现在任何计算机可读介质中,以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用,或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言,"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下:具有一个或多个布线的电连接部(电子装置),便携式计算机盘盒(磁装置),随机存取存储器(RAM),只读存储器(ROM),可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器),光纤装置,以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外,计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质,因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描,接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序,然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解,本公开的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中,多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如,如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样,可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现:具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路,具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路,可编程门阵列(PGA),现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成,所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中,该程序在执行时,包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外,在本公开各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器,磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本公开的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本公开的限制,本领域的普通技术人员在本公开的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

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