一种动能回收型风浪集成系统

本发明涉及海上风力发电，尤其是涉及一种动能回收型风浪集成系统。

背景技术：

1、相比陆上，海风流动不受地形、建筑、植被等阻挡，风速更快更稳定。随水深的增加，建造与水深等高的固定式基础存在成本高、技术上不可行等难题。然而，与陆上和固定式海上风机相比，浮式风机面临平台运动带来的挑战。作业海况下，周期性持续风、浪载荷是引起结构疲劳损伤的主要原因，造成风机部件故障率提高、服务寿命缩短。极限海况下(台风、畸形波等)，突发性强风浪载荷极易引起结构损毁、倾覆，造成重大经济损失。因此需要通过主动、被动等控制策略对平台运动进行抑制控制。但是，现有的控制策略在一定程度上忽视了作业海况和极限海况下的运动稳定性和安全保障。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种动能回收型风浪集成系统，利用波浪能装置吸收不利于风机稳定的动能并通过pto系统转换为可用电能，解决海上风机发电稳定性和安全性低的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种动能回收型风浪集成系统，包括半潜平台，风机设置在半潜平台上，半潜平台的内部设置有波浪能装置；波浪能装置包括外壳，外壳的内部设置有pto系统，pto系统包括永磁同步直线电机和主动控制器，永磁直线电机的定子固定在外壳的内部，永磁直线电机的动子与定子外部的配重块固定连接，配重块与外壳的顶部之间通过弹簧连接，外壳的顶部和底部设置有对配重块进行限位的限位器。

3、优选的，所述半潜平台包括下浮筒，下浮筒的上方设置有上浮筒，下浮筒的底部设置有底座，下浮筒的内部设置有安装波浪能装置的安装槽，半潜平台的中心设置有安装杆，风机设置在安装杆上，安装杆的上部通过上中间杆与上浮筒连接，安装杆的下部通过下中间杆与底座连接，相邻的上浮筒之间通过上连接杆连接，相邻的底座之间通过下连接杆连接，安装杆的下部与上浮筒之间通过斜撑杆连接。

4、优选的，所述动子设置在滑动杆上，滑动杆的两端设置有配重块，滑动杆与永磁直线电机的壳体滑动连接，动子与配重块通过滑动杆刚性连接。

5、优选的，所述配重块与外壳组成多共振系统，多共振系统的运动方程为：

6、；

7、其中， m为波浪能装置的质量， m为配重块质量， a为附加质量，为配重块的运动加速度，为外壳的运动加速度，为外壳在水中受到的力，为pto系统与外壳间的力。

8、优选的，所述波浪能装置的状态包括工作模式和生存模式；工作模式下波浪能装置进行发电；生存模式下关闭永磁同步直线电机，启动限位器，对波浪能装置进行保护。

9、优选的，海洋出现畸形波时，波浪能装置处于生存模式，否则波浪能装置处于工作模式；

10、满足畸形波的条件为：

11、最大波高大于有效波高的2倍，记作 a=h m /h s>2.0， a表示最大波高与有效波高的比。

12、本发明所述的一种动能回收型风浪集成系统的优点和积极效果是：

13、1、本发明中波浪能装置内置在下浮筒中，使得波浪能装置隔绝复杂海洋环境，有利于提高波浪能装置的稳定性和使用寿命。本发明利用波浪能装置吸收不利于风机稳定的动能并通过pto系统转换为可用电能，波浪能发电为后备电源蓄能，“回收”能量用于风机控制和波浪能装置主动控制，实现海能海用。

14、2、本发明的通过监测海浪水动力环境，并反馈给波浪能装置，波浪能装置在识别到恶劣海况时，将关闭波浪能装置发电功能，保留阻尼、限位功能，以形成反向纵摇力矩，抵抗风、浪载荷形成的倾覆力矩，保证风浪集成系统在恶劣环境下的安全性。

15、3、本发明以浮式风机稳定运行和生存保障为前提，令波浪能装置参与维持风机稳性。且波浪能发电无需接入电网，而是为pto主动控制和风机控制原位供能，有效解决浮式风机安全问题和波浪能发电利用问题。

16、4、波浪能装置外壳与配重块形成双共振系统，表现为两个共振频率，在获能频带上呈现两个峰值叠加，有效增加获能频带宽度。

17、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种动能回收型风浪集成系统，其特征在于：包括半潜平台，风机设置在半潜平台上，半潜平台的内部设置有波浪能装置；波浪能装置包括外壳，外壳的内部设置有pto系统，pto系统包括永磁同步直线电机和主动控制器，永磁直线电机的定子固定在外壳的内部，永磁直线电机的动子与定子外部的配重块固定连接，配重块与外壳的顶部之间通过弹簧连接，外壳的顶部和底部设置有对配重块进行限位的限位器。

2.根据权利要求1所述的一种动能回收型风浪集成系统，其特征在于：所述半潜平台包括下浮筒，下浮筒的上方设置有上浮筒，下浮筒的底部设置有底座，下浮筒的内部设置有安装波浪能装置的安装槽，半潜平台的中心设置有安装杆，风机设置在安装杆上，安装杆的上部通过上中间杆与上浮筒连接，安装杆的下部通过下中间杆与底座连接，相邻的上浮筒之间通过上连接杆连接，相邻的底座之间通过下连接杆连接，安装杆的下部与上浮筒之间通过斜撑杆连接。

3.根据权利要求1所述的一种动能回收型风浪集成系统，其特征在于：所述动子设置在滑动杆上，滑动杆的两端设置有配重块，滑动杆与永磁直线电机的壳体滑动连接，动子与配重块通过滑动杆刚性连接。

4.根据权利要求1所述的一种动能回收型风浪集成系统，其特征在于：所述配重块与外壳组成多共振系统，多共振系统的运动方程为：

5.根据权利要求1所述的一种动能回收型风浪集成系统，其特征在于：所述波浪能装置的状态包括工作模式和生存模式；工作模式下波浪能装置进行发电；生存模式下关闭永磁同步直线电机，启动限位器，对波浪能装置进行保护。

6.根据权利要求5所述的一种动能回收型风浪集成系统，其特征在于：海洋出现畸形波时，波浪能装置处于生存模式，否则波浪能装置处于工作模式；

技术总结
本发明公开了一种动能回收型风浪集成系统，属于海上风力发电技术领域。动能回收型风浪集成系统包括半潜平台，风机设置在半潜平台上，半潜平台的内部设置有波浪能装置；波浪能装置包括外壳，外壳的内部设置有PTO系统，PTO系统包括永磁同步直线电机和主动控制器，永磁直线电机的定子固定在外壳的内部，永磁直线电机的动子与定子外部的配重块固定连接，配重块与外壳的顶部之间通过弹簧连接，外壳的顶部和底部设置有对配重块进行限位的限位器。本发明采用上述动能回收型风浪集成系统，利用波浪能装置吸收不利于风机稳定的动能并通过PTO系统转换为可用电能，能够解决海上风机发电稳定性和安全性低的问题。

技术研发人员：周斌珍,黄煦,金鹏,郑值,肖义,王泽栋,胡俭俭,张恒铭,王磊,袁煜明
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22