风机基础、风力发电机组以及控制方法与流程

本发明涉及风电，特别是涉及一种风机基础、风力发电机组以及控制方法。

背景技术：

1、风电行业持续助力双碳目标的实现，当前风力发电机组正朝着单机容量大型化、整机轻量化、智能化、海洋化等方向发展。据统计，海上风电累计装机量在逐年递增。随着近海资源的大规模开发，深远海资源的开发及利用备受关注。在此业态场景下，漂浮式风力发电机组逐步得到发展并将成为后续海上风电的助力军。

2、风机基础用于对漂浮式风力发电机组的塔架、机舱等部件进行支撑，当机组在面临风载、浪载、洋流荷载、冰载等，从整机动力学方面，由于漂浮式风力发电机组“漂浮”特性，风机基础具有全方位六自由度，在外部荷载随机性及机组自身运动复杂性等交织耦合作用下，使得漂浮式风力发电机组整体的分线性特征更趋复杂，漂浮式风电机组运动稳定性是确保机组持续、稳定、安全、高效出力及确保发电量最为重要的指标之一，因此，如何保证漂浮式风力发电机组的稳定性是风电领域亟待解决的问题之一。

3、相关技术中的风机基础，主要通过控制不同漂浮体之间流体的相互流通来调整风机基础的整体倾角，以此保证风机基础所在漂浮式风力发电机组的稳定性，然而该种设计方式使得风机基础整体结构复杂且成本高昂。

技术实现思路

1、本发明实施例提供一种风机基础、风力发电机组以及控制方法，风机基础结构简单，且成本相对低廉。

2、一方面，根据本发明实施例提出了一种风机基础，设置于海水并用于支撑塔架，包括：漂浮本体，包括主立柱、多个辅立柱以及连接体，多个辅立柱围绕主立柱的周向间隔设置并分别通过连接体与主立柱连接，主立柱用于与塔架连接，每个辅立柱具有沿第一方向能够朝向海水设置的底壁；稳定装置，各辅立柱的底壁设置有稳定装置，稳定装置包括驱动件、第一叶轮以及与辅立柱连接的基座，基座具有内腔以及与内腔连通的第一开口和第二开口，第一开口以及第二开口在第一方向上具有高度差，第一开口、内腔以及第二开口形成海水的流通通道，第一叶轮设置于内腔，驱动件驱动第一叶轮转动并带动海水在流通通道内流动，以调节漂浮本体整体与参考面之间的倾斜角度。

3、根据本发明实施例的一个方面，基座整体呈筒状，基座具有在第一方向与底壁相对设置的端壁以及围绕端壁设置的侧壁，端壁以及侧壁围合形成内腔，底壁封闭内腔设置，第一开口设置于端壁，第二开口设置于底壁。

4、根据本发明实施例的一个方面，沿第一方向，侧壁的径向尺寸先减小后增大。

5、根据本发明实施例的一个方面，驱动件包括驱动电机、变速箱以及驱动轴，驱动轴沿第一方向延伸，变速箱的输入端与驱动电机连接且输出端与驱动轴连接，第一叶轮连接于驱动轴。

6、根据本发明实施例的一个方面，辅立柱具有中空腔，驱动电机以及变速箱位于中空腔内，驱动轴插接于底壁并与变速箱的输出端连接，驱动轴与底壁动密封配合。

7、根据本发明实施例的一个方面，驱动件包括直驱电机，直驱电机连接于底壁以及底座中的一者且包括转动配合的转子以及定子，驱动轴与直驱电机同轴设置并与转子连接。

8、根据本发明实施例的一个方面，第一叶轮包括第一轮毂以及多个第一叶片以及变桨系统，第一轮毂与驱动件连接，多个第一叶片在第一轮毂的周向上间隔设置并通过变桨系统与第一轮毂连接，以调节第一叶片的桨距角。

9、根据本发明实施例的一个方面，稳定装置还包括设置于内腔并与基座连接的整流件，整流件设置于第一开口以及第一叶轮之间，以整流由第一开口进入的海水的流向。

10、根据本发明实施例的一个方面，整流件包括第二轮毂以及多个第二叶片，多个第二叶片在第二轮毂的周向上间隔设置并与第二轮毂连接，第二叶片背离第二轮毂的一端与基座连接，相邻两个第二叶片之间形成有整流孔。

11、根据本发明实施例的一个方面，多个辅立柱的中心连线呈正多边形，主立柱的中心与正多边形的中心重合，在主立柱的周向上，相邻两个辅立柱之间连接有连接体。

12、另一个方面，根据本发明实施例提供一种风力发电机组，包括：上述的风机基础；风机主体，设置于主立柱，风机主体包括与主立柱连接的塔架、设置于塔架上的机舱以及设置于机舱上的叶轮。

13、根据本发明实施例的另一个方面，还包括控制器，控制器被配置为：获取风力发电机组的当前功率信息；若在预设时间段内当前功率信息持续超过第一阈值时，则获取风机基础的倾斜角度信息；当倾斜角度信息超过预设范围时，则根据倾斜角度信息、来流风的方向以及待调节至目标姿态时的目标姿态信息确定需要调节的目标辅立柱所连接的稳定装置；控制目标辅立柱所连接的稳定装置内第一叶轮转动，以调节风机基础至目标姿态。

14、又一个方面，根据本发明实施例一种上述的风力发电机组的控制方法，包括：

15、获取风力发电机组的当前功率信息；

16、若在预设时间段内当前功率信息持续超过第一阈值时，则获取风机基础的倾斜角度信息；

17、当倾斜角度信息超过预设范围时，则根据倾斜角度信息、来流风的方向以及待调节至目标姿态对应的目标姿态信息确定需要调节的目标辅立柱所连接的稳定装置；

18、控制目标辅立柱所连接的稳定装置内第一叶轮转动，以调节风机基础至目标姿态。

19、根据本发明实施例的又一个方面，第一叶轮包括第一轮毂以及多个第一叶片以及变桨系统，多个第一叶片在第一轮毂的周向上间隔设置并通过变桨系统与第一轮毂连接；

20、控制目标辅立柱所连接的稳定装置内第一叶轮转动，以调节风机基础至目标姿态的步骤之前，方法还包括：

21、根据目标辅立柱的吃水深度与设定水面线之间的高度差确定目标辅立柱所需的转动信息；

22、转动信息包括第一叶轮的转速以及第一叶片以及第一轮毂之间的角度中的至少一者。

23、控制目标辅立柱所连接的稳定装置内第一叶轮转动的步骤包括：

24、获取转动信息；

25、控制目标辅立柱所连接的稳定装置内的第一叶轮根据转动信息转动。

26、根据本发明实施例的又一个方面，第一叶片相对第一轮毂的转动角度a满足0°＜a≤90°，根据目标辅立柱的吃水深度与设定水面线之间的高度差确定目标辅立柱所需的转动信息的步骤，包括：

27、当高度差h的取值范围为0＜h≤h1时，则第一叶片相对第一轮毂转动至a＝90°，或者，则第一叶片相对第一轮毂转动至50°＜a≤60°，第一叶轮转速为800rpm-1500rpm；

28、当高度差h的取值范围为h1＜h≤h2时，则第一叶片相对第一轮毂转动至30°＜a≤50°，第一叶轮转速为1500rpm-2500rpm；

29、当高度差h的取值范围为h2＜h≤h3时，则第一叶片相对第一轮毂转动至0°＜a≤20°，第一叶轮转速为2500rpm-3500rpm。

30、根据本发明实施例的又一个方面，在调节目标漂浮体内海水的体积直至风机基础至目标姿态的步骤之后，控制方法还包括：

31、获取风力发电机组的当前功率信息；

32、若在预设时间段内当前功率信息持续小于第一阈值时则控制目标辅立柱所连接的稳定装置内第一叶轮反向动作，以调节风机基础恢复至初始状态。

33、根据本发明实施例的又一个方面，在调节目标漂浮体内海水的体积直至风机基础至目标姿态的步骤之后，控制方法还包括：

34、获取风力发电机组的当前功率信息；

35、若在预设时间段内当前功率信息持续小于第一阈值时，则降低目标辅立柱所连接的稳定装置内第一叶轮的转速；

36、对目标漂浮体内的第一叶轮进行收桨并停止第一叶轮转动，以调节风机基础恢复至初始状态。

37、根据本发明实施例提供的风机基础、风力发电机组以及控制方法，风机基础包括漂浮本体以及稳定装置，漂浮本体的主立柱可以用于连接并支撑塔架，多个辅立柱围绕主立柱的周向间隔设置并分别通过连接体与主立柱连接，保证主立柱对塔架支撑的稳定性。由于各辅立柱在第一方向地底壁上设置有稳定装置，且稳定装置包括驱动件、第一叶轮以及与辅立柱连接的基座，基座具有内腔以及与内腔连通的第一开口和第二开口，第一开口、内腔以及第二开口形成海水的流通通道，第一叶轮设置于内腔，通过驱动件驱动第一叶轮转动并带动海水在流通通道内流动，在流动海水的作用下使得对应的辅立柱能够上浮或者下沉，进而能够实现整个风机基础的姿态调节，保证风力发电机组的发电效益。并且，通过设置上述结构形式的稳定装置实现姿态调节，使得各辅立柱彼此可以独立调节，互相之间不需要连通管路、阀组等连接，结构简单，成本低廉。同时仅需要控制第一叶轮转动即可实现，响应速度快。