一种水上自浮式风力发电系统

文档序号:498309 发布日期:2022-01-07 浏览:5次 >En<

阅读说明:本技术 一种水上自浮式风力发电系统 (Overwater self-floating wind power generation system ) 是由 王艳茹 胡敏 张浪 于 2021-10-13 设计创作,主要内容包括:本发明提供一种水上自浮式风力发电系统,包括稳固基座以及若干风力发电机,所述风力发电机底部设置有浮力调控基座,所述浮力调控基座通过连接柱与稳固基座相连接,所述稳固基座固定在水底;所述浮力调控基座包括浮力桶以及水泵,所述风力发电机设置在浮力桶的顶部,所述浮力桶的一侧顶部设置有水泵,所述水泵的出水端与浮力桶的内部相连通,所述水泵的进水端连接有水管,所述浮力桶内部和外部分别设置有内部液位传感器以及外部液位传感器,本发明能够根据每一侧的风力发电设备对于固定桩的压力进行检测,从而调配每一侧的风力发电设备的基座浮力,以解决现有的自浮式风力发电设备对于固定基座的稳定性损耗较大的问题。(The invention provides an over-water self-floating wind power generation system, which comprises a stable base and a plurality of wind power generators, wherein a buoyancy regulating and controlling base is arranged at the bottom of each wind power generator, the buoyancy regulating and controlling base is connected with the stable base through a connecting column, and the stable base is fixed at the bottom of water; the buoyancy regulating and controlling base comprises a buoyancy barrel and a water pump, the wind driven generator is arranged at the top of the buoyancy barrel, the water pump is arranged at the top of one side of the buoyancy barrel, the water outlet end of the water pump is communicated with the inside of the buoyancy barrel, the water inlet end of the water pump is connected with a water pipe, and an internal liquid level sensor and an external liquid level sensor are respectively arranged inside and outside the buoyancy barrel.)

一种水上自浮式风力发电系统

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域,尤其涉及一种水上自浮式风力发电系统。

背景技术

风力发电是世界上发展最快的绿色能源技术,在陆地风电场建设快速发展的同时,人们已经注意到陆地风能利用所受到的一些限制,如占地面积大、噪声污染等问题。水上风力发电通常为海上风力发电,由于海上丰富的风能资源和当今技术的可行性,海洋将成为一个迅速发展的风电市场。欧美海上风电场已处于大规模开发的前夕。我国东部沿海水深50m以内的海域面积辽阔,而且距离电力负荷中心(沿海经济发达电力紧缺区)很近,随着海上风电场技术的发展成熟,风电必将会成为我国东部沿海地区可持续发展的重要能源来源。

现有的技术中,水上的自浮式风力发电设备通常设置一个固定桩,通过减少水底打桩的方式尽可能多的连接风力发电设备,但是由于海浪和潮水的影响,一个固定桩的不同方位的风力发电设备所处的高度也会有所不同,浮动式的设计能够尽可能减缓这一问题,但是还是会出现某一侧的风力发电设备对固定桩的影响过大,长时间的应力作用会对固定桩的使用寿命造成影响,影响整体的稳定性。

发明内容

针对现有技术存在的不足,本发明目的是提供一种水上自浮式风力发电系统,能够根据每一侧的风力发电设备对于固定桩的压力进行检测,从而调配每一侧的风力发电设备的基座浮力,以解决现有的自浮式风力发电设备对于固定基座的稳定性损耗较大的问题。

为了实现上述目的,本发明是通过如下的技术方案来实现:一种水上自浮式风力发电系统,包括稳固基座以及若干风力发电机,所述风力发电机底部设置有浮力调控基座,所述浮力调控基座通过连接柱与稳固基座相连接,所述稳固基座固定在水底;

所述浮力调控基座包括浮力桶以及水泵,所述风力发电机设置在浮力桶的顶部,所述浮力桶的一侧顶部设置有水泵,所述水泵的出水端与浮力桶的内部相连通,所述水泵的进水端连接有水管,所述浮力桶内部和外部分别设置有内部液位传感器以及外部液位传感器,所述浮力桶的外侧底部设置有电磁阀,所述电磁阀与浮力桶的内部相连通;

若干连接柱远离浮力桶的一端连接有套筒,所述稳固基座顶部设置有滑柱,所述套筒套设在滑柱外部,所述套筒沿滑柱上下滑动,所述套筒对应连接柱的顶部分别设置有压力传感器,所述滑柱的顶部设置有限位盘,所述压力传感器与限位盘的底部之间通过传动组件相连接;

所述发电系统还包括设置在稳固基座内部的处理器,所述风力发电机、水泵、电磁阀、内部液位传感器、外部液位传感器以及压力传感器分别与处理器相连接;

所述处理器用于根据连接柱对于套筒施加的压力调控连接柱连接的浮力桶的水含量。

进一步地,所述风力发电机、浮力调控基座以及连接柱分别设置有四组,并分别标记为第一组、第二组、第三组以及第四组,第一组与第三组相对设置,第二组与第四组相对设置,四组连接柱等距固定在套筒外圈,所述浮力调控基座的顶部设置有浮力盘,所述浮力盘固定在浮力桶顶部外圈,所述浮力盘的直径大于浮力桶的直径。

进一步地,所述处理器包括水位调控模块,所述水位调控模块包括处理单元以及执行单元,所述处理单元用于对内部液位传感器、外部液位传感器以及压力传感器获取的数据进行处理,所述执行单元用于根据处理单元处理的结果控制电磁阀或输泵运作。

进一步地,所述处理单元配置有处理策略,所述处理策略包括:先设定第一时间段,每隔第一时间段获取一次四组内部液位传感器、四组外部液位传感器以及四组压力传感器的数据,将获取到的四组内部液位传感器的液位数据并分别标记为第一内部液位、第二内部液位、第三内部液位以及第四内部液位,将获取到的四组外部液位传感器的液位数据并分别标记为第一外部液位、第二外部液位、第三外部液位以及第四外部液位,将获取到的四组压力传感器的压力数据分别标记为第一压力、第二压力、第三压力以及第四压力;

分别算出第一压力和第三压力的第一差值以及第二压力和第四压力的第二差值,将第一差值或第二差值带入第一算法中分别求得第一液位补充值和第二液位补充值。

进一步地,所述第一算法配置为:其中,Pb为液位补充值,Cy为第一差值或第二差值,Cn为对应的内部液位差值,Cw为对应的外部液位差值,A1为第一比例值,K1为第一系数,K2为第二系数;内部液位差值为第一内部液位和第三内部液位或第二内部液位和第四内部液位的差值,外部液位差值为第一外部液位和第三外部液位或第二外部液位和第四外部液位的差值。

进一步地,所述执行单元配置有执行策略,所述执行策略包括:对第一压力和第三压力中较大的一组对应的浮力桶增加第一液位补充值高度的水位,对第一压力和第三压力中较小的一组对应的浮力桶减少第一液位补充值高度的水位;

对第二压力和第四压力中较大的一组对应的浮力桶增加第二液位补充值高度的水位,对第二压力和第四压力中较小的一组对应的浮力桶减少第二液位补充值高度的水位。

进一步地,所述限位盘的底部还设置有转动机构,所述转动机构用于带动滑柱转动;

所述处理器还包括方位调整模块,所述方位调整模块包括方位调整单元,所述方位调整单元配置有方位调整策略,所述方位调整策略包括:设定第二时间段,将四组外部液位传感器按照顺时针分别标记为第一外部液位传感器、第二外部液位传感器、第三外部液位传感器以及第四外部液位传感器;

每隔第二时间段获取一次第一外部液位传感器、第二外部液位传感器、第三外部液位传感器以及第四外部液位传感器的液位数据,并分别标记为第一调整外部液位、第二调整外部液位、第三调整外部液位以及第四调整外部液位;

分别计算第一调整外部液位和第二调整外部液位的第一调整液位差值、第二调整外部液位和第三调整外部液位的第二调整液位差值、第三调整外部液位和第四调整外部液位的第三调整液位差值以及第四调整外部液位和第一调整外部液位的第四调整液位差值;

获取第一调整液位差值、第二调整液位差值、第三调整液位差值以及第四调整液位差值中的最小调整液位差值和最大调整液位差值,并带入第二算法中求得方位调整值。

进一步地,所述第二算法配置为:其中,Tf为方位调整值,Ycmax为最大调整液位差值,Ycmin为最小调整液位差值,k3为第三系数,α为转换值。

进一步地,所述方位调整单元还配置有方位执行策略,所述方位执行策略包括:启动转动机构由最大调整液位差值对应的风力发电机向最小调整液位差值对应的风力发电机方向转动方位调整值的角度。

本发明的有益效果:本发明通过每隔第一时间段获取一次四组内部液位传感器、四组外部液位传感器以及四组压力传感器的数据,分别算出第一压力和第三压力的第一差值以及第二压力和第四压力的第二差值,将第一差值或第二差值带入第一算法中分别求得第一液位补充值和第二液位补充值,并对压力较大的一组对应的浮力桶增加对应液位补充值高度的水位,对压力较小的一组对应的浮力桶减少对应液位补充值高度的水位,增加水位通过开启电磁阀,由于重力作用,水能够自动进入浮力桶内,减少水位通过水泵将浮力桶内的水抽出即可。

本发明通过每隔第二时间段获取一次第一外部液位传感器、第二外部液位传感器、第三外部液位传感器以及第四外部液位传感器的液位数据,并分别标记为第一调整外部液位、第二调整外部液位、第三调整外部液位以及第四调整外部液位,然后进行差值计算,再分别获取第一调整液位差值、第二调整液位差值、第三调整液位差值以及第四调整液位差值中的最小调整液位差值和最大调整液位差值,并带入第二算法中求得方位调整值,最后启动转动机构由最大调整液位差值对应的风力发电机向最小调整液位差值对应的风力发电机方向转动方位调整值的角度,能够对四组风力发电机的方位进行调整,尽可能的减小四组风力发电机之间的高度差,从而降低一高一低的设置对固定基座的损耗。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:

图1为本发明的系统原理框图;

图2为本发明的轴视图;

图3为本发明的侧视图;

图4为本发明的图3中A-A处的剖视图。

图中:1、风力发电机;2、处理器;21、水位调控模块;211、处理单元;212、执行单元;22、方位调整模块;221、方位调整单元;301、水泵;3011、水管;302、电磁阀;303、内部液位传感器;304、压力传感器;305、外部液位传感器;306、转动机构;4、浮力桶;41、浮力盘;5、连接柱;6、套筒;7、稳固基座;71、滑柱;72、限位盘。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体实施方式,进一步阐述本发明。

请参阅图1-图4,一种水上自浮式风力发电系统,包括稳固基座7以及若干风力发电机1,所述风力发电机1底部设置有浮力调控基座,所述浮力调控基座通过连接柱5与稳固基座7相连接,所述稳固基座7固定在水底。

所述风力发电机1、浮力调控基座以及连接柱5分别设置有四组,并分别标记为第一组、第二组、第三组以及第四组,第一组与第三组相对设置,第二组与第四组相对设置,四组连接柱5等距固定在套筒6外圈,所述浮力调控基座的顶部设置有浮力盘41,所述浮力盘41固定在浮力桶4顶部外圈,所述浮力盘41的直径大于浮力桶4的直径。

通过一个稳固基座7连接四组风力发电机1,能够降低稳固基座7的数量,从而减少打桩基座的成本,同时一个稳固基座7四角对称连接四组风力发电机1,能够提高整体的稳定性。

所述浮力调控基座包括浮力桶4以及水泵301,所述风力发电机1设置在浮力桶4的顶部,所述浮力桶4的一侧顶部设置有水泵301,所述水泵301的出水端与浮力桶4的内部相连通,所述水泵301的进水端连接有水管3011,所述浮力桶4内部和外部分别设置有内部液位传感器303以及外部液位传感器305,所述浮力桶4的外侧底部设置有电磁阀302,所述电磁阀302与浮力桶4的内部相连通;内部液位传感器303用于检测浮力桶4内部的水位,外部液位传感器305用于检测浮力桶4所处水域的水位,水泵301能够将浮力桶4内部的水抽出,电磁阀302开启时能够自动向浮力桶4内补充水,由于重力作用,电磁阀302打开,风力发电机1向下压动,外部的水自动向浮力桶4内部补充。浮力桶4的顶部开设有透气孔,用于调节内部补水或抽水时的压强。

若干连接柱5远离浮力桶4的一端连接有套筒6,所述稳固基座7顶部设置有滑柱71,所述套筒6套设在滑柱71外部,所述套筒6沿滑柱71上下滑动,所述套筒6对应连接柱5的顶部分别设置有压力传感器304,所述滑柱71的顶部设置有限位盘72,所述压力传感器304与限位盘72的底部之间通过传动组件相连接;由于海上涨潮或者水浪的影响,四组风力发电机1通过套筒6能够沿滑柱71进行上下浮动,能够缓冲掉一大部分风力发电机1对于稳固基座7的冲击力。

所述发电系统还包括设置在稳固基座7内部的处理器2,所述风力发电机1、水泵301、电磁阀302、内部液位传感器303、外部液位传感器305以及压力传感器304分别与处理器2相连接。

所述处理器2用于根据连接柱5对于套筒6施加的压力调控连接柱5连接的浮力桶4的水含量。

所述处理器2包括水位调控模块21,所述水位调控模块21包括处理单元211以及执行单元212,所述处理单元211用于对内部液位传感器303、外部液位传感器305以及压力传感器304获取的数据进行处理,所述执行单元212用于根据处理单元211处理的结果控制电磁阀302或输泵运作。

所述处理单元211配置有处理策略,所述处理策略包括:先设定第一时间段,每隔第一时间段获取一次四组内部液位传感器303、四组外部液位传感器305以及四组压力传感器304的数据,将获取到的四组内部液位传感器303的液位数据并分别标记为第一内部液位、第二内部液位、第三内部液位以及第四内部液位,将获取到的四组外部液位传感器305的液位数据并分别标记为第一外部液位、第二外部液位、第三外部液位以及第四外部液位,将获取到的四组压力传感器304的压力数据分别标记为第一压力、第二压力、第三压力以及第四压力;

分别算出第一压力和第三压力的第一差值以及第二压力和第四压力的第二差值,将第一差值或第二差值带入第一算法中分别求得第一液位补充值和第二液位补充值。

所述第一算法配置为:其中,Pb为液位补充值,Cy为第一差值或第二差值,Cn为对应的内部液位差值,Cw为对应的外部液位差值,A1为第一比例值,K1为第一系数,K2为第二系数;内部液位差值为第一内部液位和第三内部液位或第二内部液位和第四内部液位的差值,外部液位差值为第一外部液位和第三外部液位或第二外部液位和第四外部液位的差值。

所述执行单元212配置有执行策略,所述执行策略包括:对第一压力和第三压力中较大的一组对应的浮力桶4增加第一液位补充值高度的水位,对第一压力和第三压力中较小的一组对应的浮力桶4减少第一液位补充值高度的水位;

对第二压力和第四压力中较大的一组对应的浮力桶4增加第二液位补充值高度的水位,对第二压力和第四压力中较小的一组对应的浮力桶4减少第二液位补充值高度的水位。

所述限位盘72的底部还设置有转动机构306,所述转动机构306用于带动滑柱71转动;限位盘72的设置高度高于该水域的最高水位,限位盘72内部设置有一固定柱与稳固基座7相连,固定柱插在滑柱71内。

所述处理器2还包括方位调整模块22,所述方位调整模块22包括方位调整单元221,所述方位调整单元221配置有方位调整策略,所述方位调整策略包括:设定第二时间段,将四组外部液位传感器305按照顺时针分别标记为第一外部液位传感器、第二外部液位传感器、第三外部液位传感器以及第四外部液位传感器;在四组浮力桶4的高度调整后,外部的液位传感器测量的液位也会存在偏差,并且每次在同时获取液位高度时,远离岸边的一侧的水位高度由于潮水的影响会略高于靠近岸边一侧的高度,因此如果高度差过高,那么就需要调整一下方位进行高度平衡,可以降低高度差带来对稳固基座7的应力拉动损耗。

每隔第二时间段获取一次第一外部液位传感器、第二外部液位传感器、第三外部液位传感器以及第四外部液位传感器的液位数据,并分别标记为第一调整外部液位、第二调整外部液位、第三调整外部液位以及第四调整外部液位;

分别计算第一调整外部液位和第二调整外部液位的第一调整液位差值、第二调整外部液位和第三调整外部液位的第二调整液位差值、第三调整外部液位和第四调整外部液位的第三调整液位差值以及第四调整外部液位和第一调整外部液位的第四调整液位差值;

获取第一调整液位差值、第二调整液位差值、第三调整液位差值以及第四调整液位差值中的最小调整液位差值和最大调整液位差值,并带入第二算法中求得方位调整值。

所述第二算法配置为:其中,Tf为方位调整值,Ycmax为最大调整液位差值,Ycmin为最小调整液位差值,k3为第三系数,α为转换值。

所述方位调整单元221还配置有方位执行策略,所述方位执行策略包括:启动转动机构306由最大调整液位差值对应的风力发电机1向最小调整液位差值对应的风力发电机1方向转动方位调整值的角度。

工作原理:通过压力传感器304分别对四组风力发电机1连接的连接柱5对限位盘72的压力进行检测,然后对检测到的压力值进行处理计算,能够得出四组浮力桶4应补入或减少的水量,通过电磁阀302能够自动向浮力桶4内加水,通过水泵301能够从浮力桶4内向外部抽水,从而提高四组风力发电机1对于稳固基座7的连接平衡性,降低对于稳固基座7的损耗,同时通过外部液位传感器305进行水位的检测,再进行数据处理,通过转动机构306对四组风力发电机1的方位进行调整,提高四组风力发电机1保持相对水平,从而进一步降低对稳固基座7的损耗。

最后应说明的是:以上所述实施例,仅为本发明的具体实施方式,用以说明本发明的技术方案,而非对其限制,本发明的保护范围并不局限于此,尽管参照前述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:任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改、变化或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

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