一种海上风电抗台风主被动减载控制系统的制作方法

本发明涉及海上风电领域，具体涉及一种海上风电抗台风主被动减载控制系统。

背景技术：

可再生能源是能源供应体系的重要组成部分。目前，全球可再生能源开发利用规模不断扩大，应用成本快速下降，发展可再生能源已成为许多国家推进能源转型的核心内容和应对气候变化的重要途径，也是我国推进能源转型的重要措施。

风能是一种重要的可再生能源，储量丰富，清洁无污染。据测算，我国离地面10m高度可开发利用的风能储量约为10亿kw，其中陆上约为2.5亿kw，海上约为7.5亿kw。风电是风能最重要的实现途径。风电技术比较成熟，成本不断下降，是目前应用规模最大的新能源发电方式。

东南沿海经济发达，用电量大，大力发展海上风电，可有效缓解该区域的“电荒”危机。东南沿海是我国风电重点布局区域，然而台风高发，严重威胁风电生存。以勇士风电场为例，超强台风“威尔逊”导致该风电场33台机组中18台受损，其中13台塔筒折断，损失2亿多元。除了我国东南沿海以外，全球台风高发区还有西北太平洋、西北大西洋、孟加拉湾北部及沿海地区。在这些国家和地区发展风力发电，都存在抗台风技术瓶颈问题。

目前，提高塔筒结构可靠性的主要措施包括：增大塔筒自身强度、增大连接件强度、降低塔筒高度、采用钢混组合塔筒、采用三脚架塔筒等方法。增大塔筒自身强度和连接件强度势必增加成本，降低塔筒高度势必影响风力发电机组日常运营效率，因而都是不经济的。采用钢混组合塔筒虽然在一定程度上降低了成本，提高了结构可靠性，但成本较高，并且没有改变塔筒的悬壁结构特点，而悬壁结构正是造成塔筒成本与结构可靠性矛盾的关键因素。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有海上风电支撑部件的不足，提出一种海上风电抗台风主被动减载控制系统，以较低成本提高风机主体结构可靠性，增强海上风电抗台风能力。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种海上风电抗台风主被动减载控制系统主要由控制模块、一级斜拉索、二级斜拉索、三级斜拉索、重力块等部件构成。其中，一级斜拉索采取主动控制策略，台风来临时，迎风侧的一级斜拉索在控制模块作用下张紧，背风侧的一级斜拉索在重力块的作用下紧贴塔筒；台风过后，迎风侧的一级斜拉索在控制模块作用下松弛，并在重力块的作用下贴紧塔筒，背风侧的一级斜拉索在重力块的作用下紧贴塔筒。二级斜拉索和三级斜拉索采取被动控制策略，始终围绕塔筒对称拉紧。各级斜拉索协同作用，提高了风机主体结构的可靠性和稳定性，从而增强了风机在台风中的生存能力。

为了提高抗台风能力，本发明对各级斜拉索进行了合理布局。一级斜拉索上端与塔顶连接，下端延伸至海底与锚连接。二级斜拉索上端与距塔顶l1处连接，下端延伸至海底与锚连接。三级斜拉索上端与距塔顶l2处连接(l2＞l1，推荐l1＝1/3，l2＝2/3)，下端延伸至海底与锚连接。各级斜拉索均布于塔筒周围n个方位(推荐n＝6)。

一级斜拉索的控制策略如下。与塔筒同轴建立圆柱空间，以各方位斜拉索的水平投影为实边界，以相邻实边界的角平分线为虚边界，将圆柱空间等分为2n个扇区。以与风向夹角最小的边界为基准(如果风向恰好位于相邻实边界和虚边界的角平分线上，则以该实边界为基准)，向左右各扫描(360/n)°，得到(720/n)°的扫描区域。该区域的一级斜拉索拉紧，其余一级斜拉索松弛。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)降成本——本发明采取主被动联合减载策略，彻底否定了现有海上风电塔筒及基础高成本强化技术，使单台风机建造成本降低28％左右；

(2)抗台风——采用本发明，在上述降成本的基础上，力学性能反而提高了近50％，显著提高了海上风电在台风中的生存能力。

借助自动控制功能，根据风向确定斜拉索张紧或松弛，根据风载大小调节斜拉索的张紧力，建立张紧合力，获得最佳抗风效果；

(3)易推广——本发明可推广至陆上风电抗强风设计、降成本设计和高塔筒设计，科技成果转化前景广阔。

附图说明

图1是一种海上风电抗台风主被动减载控制系统的总体图

图2是一级斜拉索控制策略原理图(以6个方位布置斜拉索为例)

其中：1.控制模块，2.风电塔筒，3.一级斜拉索，4.二级斜拉索，5.三级斜拉索，6.重力块，7.第一连接装置，8.第二连接装置，9.锚一，10.锚二。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施案例，对本发明进行详细阐述。

参照附图1，控制模块1位于风电塔筒2的上部，控制一级斜拉索3的张紧与松弛。一级斜拉索3的上端通过控制模块1与风电塔筒2连接，下端延伸至海底与锚一9连接。二级斜拉索4的上端通过第一连接装置7与风电塔筒2连接，下端延伸至海底与锚二10连接。三级斜拉索5的上端通过第二连接装置8与风电塔筒2连接，下端延伸至海底与锚二10连接。第一连接装置7位于距风电塔筒2顶端1/3处，第二连接装置8位于距风电塔筒2顶端2/3处。

参照附图1，台风来临时，一级斜拉索3在迎风侧拉紧，在背风侧受重力块6作用紧贴塔筒；台风过后，一级斜拉索3在迎风侧和背风侧均受重力块5作用紧贴塔筒。二级斜拉索4和三级斜拉索5采取被动控制策略，始终围绕塔筒对称拉紧。

参照附图2，一级斜拉索在水平面的投影线记为l1、l2、l3、l4、l5、l6，相邻投影线的角平分线记为m1、m2、m3、m4、m5、m6，以l1、m1、l2、m2、l3、m3、l4、m4、l5、m5、l6、m6为边界，将与塔筒同轴的圆柱空间平均分成12个区域，每个区域的中心角为30°。以与风向一致、且过塔筒轴心的射线w为参照，选取最近的边界(本例中为l1)，以此边界为基准，向左右各扫描60°，得到120°的扫描区域。在控制模块1的作用下，位于该扫描区域的一级斜拉索3张紧(本例中为l1、l2、l6)，其余的一级斜拉索3松弛(本例中为l3、l4、l5)，形成张紧合力。

参照附图2，当射线w恰好落在相邻的li、mj(i,j＝1,2,3,4,5,6)角平分线上时(例如l1、m1的角平分线上)，则以最近的li为基准(本例中以l1为基准)，向左右各扫描60°，得到120°的扫描区域。在控制模块1的作用下，位于该扫描区域的一级斜拉索3张紧(本例中为l1、l2、l6)，其余的一级斜拉索3松弛(本例中为l3、l4、l5)，形成张紧合力。

技术特征：

技术总结
本发明涉及风力发电领域，具体涉及一种海上风电抗台风主被动减载控制系统。一种海上风电抗台风主被动减载控制系统主要由控制模块、一级斜拉索、二级斜拉索、三级斜拉索、重力块等部件构成。其中，一级斜拉索采取主动控制策略，台风来临时，迎风侧的一级斜拉索张紧，背风侧的一级斜拉索紧贴塔筒；台风过后，迎风侧和背风侧的一级斜拉索均紧贴塔筒。二级斜拉索和三级斜拉索采取被动控制策略，始终围绕塔筒对称拉紧。各级斜拉索协同作用，提高了风机主体结构的可靠性和稳定性，从而增强了风机在台风中的生存能力。

技术研发人员：盛美萍;张翔鸢;党志高;刘海林;赵璇
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：2017.10.23
技术公布日：2018.04.13