单风轮飞轮储能发电系统及其偏航控制方法技术方案

本发明专利技术提供一种单风轮飞轮储能发电系统及其偏航控制方法，单风轮飞轮储能发电系统包括：风机，塔筒，水上平台，系泊系统以及偏航控制器。水上平台包括旋转支撑平台、与旋转支撑平台固定连接的固定连接环盘、多个螺旋桨偏航装置以及多个飞轮储能装置，固定连接环盘的底部形成有环形导向结构，多个飞轮储能装置围绕旋转支撑平台的中心均匀分布，每个飞轮储能装置均与风机电连接，以储存风机产生的电能。通过设置在水上平台设置环形导向结构，从而节省了用于偏航的昂贵的偏航轴承，由于同时设置了飞轮储能装置，因此当遇到大风大浪天气或者其他恶劣环境时，通过飞轮储能装置的高速旋转，使得水上平台具有保持稳定的能力。使得水上平台具有保持稳定的能力。使得水上平台具有保持稳定的能力。

【技术实现步骤摘要】
单风轮飞轮储能发电系统及其偏航控制方法


[0001]本专利技术涉及风力发电
，尤其涉及一种单风轮飞轮储能发电系统及其偏航控制方法。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。漂浮式风机是深海风能开发的重要方向，综合成本将低于传统固定式风机。
[0004]但是，相关技术中的漂浮式风机存在偏航旋转角度受限问题，另外，风机塔筒整体偏航容易造成偏航轴承载荷过大、体积过大、安装维护十分不方便等问题。
[0005]另外，漂浮平台在海上遇到大风时的抗风能力不足，从而造成对轴承的进一步损伤。

技术实现思路

[0006]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的实施例提出一种单风轮飞轮储能发电系统，包括：
[0007]风机，所述风机用于风力发电；
[0008]塔筒，所述风机安装于所述塔筒的顶部，并能随所述塔筒同步转动；
[0009]水上平台，所述水上平台包括旋转支撑平台、与所述旋转支撑平台固定连接的固定连接环盘、多个螺旋桨偏航装置以及多个飞轮储能装置，所述固定连接环盘的底部形成有环形导向结构，多个所述螺旋桨偏航装置均匀地固定于所述固定连接环盘的外圆周，用于驱动所述水上平台旋转，所述塔筒固定于所述旋转支撑平台，并能够随所述旋转支撑平台同步转动；多个所述飞轮储能装置围绕所述旋转支撑平台的中心均匀分布，每个所述飞轮储能装置均与所述风机电连接，以储存所述风机产生的电能，每个所述飞轮储能装置均具有用于连接电网的连接线，以将储存的电能并入所述电网，所述风机和所述塔筒的重心位于所述水上平台的中心位置；
[0010]系泊系统，所述系泊系统与所述水上平台连接，并与所述环形导向结构形成导向配合，所述系泊系统用于锁定所述水上平台的位置；
[0011]以及偏航控制器，所述偏航控制器与每个所述螺旋桨偏航装置电信号连接，以控制每个所述螺旋桨偏航装置的工作状态，从而使所述水上平台转动。
[0012]本专利技术实施例的单风轮飞轮储能发电系统具有以下技术效果：通过设置在水上平台设置环形导向结构，从而节省了用于偏航的昂贵的偏航轴承，而且该方案安装维护方便，不需要停机操作，不需要大型安装船，经济性好；进一步，由于同时设置了飞轮储能装置，因
此当遇到大风大浪天气或者其他恶劣环境时，通过飞轮储能装置的高速旋转，使得水上平台具有保持稳定的能力。
[0013]可选的，所述系泊系统包括至少三组依次相连的固定机构、连接绳索以及锁紧装置，所述固定机构用于固定于水底，所述锁紧装置与所述环形导向结构形成导向配合；所述锁紧装置能够在锁紧状态和打开状态切换，在所述锁紧状态，所述锁紧装置相对所述固定连接环盘固定，在所述打开状态，所述锁紧装置能够相对所述固定连接环盘沿所述环形导向结构滑动；
[0014]所述偏航控制器与每个所述锁紧装置电信号连接，以控制每个所述锁紧装置的锁紧状态。
[0015]可选的，所述风机包括：机舱、安装于机舱上的轮毂以及固定于所述轮毂上的三只叶片，三只所述叶片能够随所述轮毂同步转动；
[0016]所述机舱固定于所述塔筒的顶部。
[0017]可选的，每个所述螺旋桨偏航装置与所述旋转支撑平台圆心距离相等；
[0018]每个所述螺旋桨偏航装置的旋转轴向方向垂直于所述旋转支撑平台的径向，所述螺旋桨偏航装置的数量大于等于3。
[0019]可选的，所述风机所连接机舱顶部设置有风速风向仪，所述风速风向仪用于实时检测所述风机所处环境的风速和方向；所述风速风向仪的电源由所述风机提供。
[0020]可选的，所述环形导向结构为开设于所述固定连接环盘底部的环形导槽，或者，所述环形导向结构为开设于所述固定连接环盘底部的环形导轨。
[0021]可选的，所述水上平台还包括固定于所述旋转支撑平台的外周面上的多个浮筒，多个所述浮筒围绕所述旋转支撑平台等间距分布，每个所述浮筒内设置有一个所述飞轮储能装置。
[0022]可选的，所述飞轮储能装置采用全磁悬浮飞轮装置或磁悬浮轴承与机械轴承相结合的飞轮储能装置。
[0023]可选的，所述飞轮储能装置的动量矩H
M
＝J
M
(ω+θ)；所述风机的动量矩H
G
＝(J
G
—J
M
) θ；
[0024]来流风速对机组的倾覆力矩M
风
，满足以下条件：
[0025][0026]水面波浪对机组的倾覆力矩M
浪
，满足以下条件：
[0027][0028]式中：H
M
——飞轮储能装置的动量矩；
[0029]H
G
——风机的动量矩；
[0030]J
M
——飞轮储能装置转动惯量；
[0031]J
G
——风机的转动惯量；
[0032]ω——飞轮储能装置转子角速度；
[0033]θ——塔筒轴线与水面法线的夹角；
[0034]l——风机顶部与水面之间的距离；
[0035]r——风机浸水底面外缘到风机重心与水面垂线之间的距离；
[0036]A——风机迎风面的面积；
[0037]S——风机湿表面；
[0038]C——风阻系数；
[0039]ρ——空气密度；
[0040]v——来流风速；
[0041]ΔP——波浪压力；
[0042]n——S的单位外法线矢量；
[0043]r——波浪压力作用点相对于风机坐标系的位置向量。
[0044]可选的，所述飞轮储能装置的目标转速根据以下平衡公式计算：
[0045][0046]可选的，所述飞轮储能装置的储能方法包括：
[0047]当所述风机输出发电功率大于额定功率时，所述飞轮储能装置吸收能量，提高储能能量；当所述风机输出发电功率小于额定功率时，所述飞轮储能装置释放能量，降低储能能量。
[0048]可选的，所述飞轮储能装置的储能方法还包括：
[0049]当水面波动小于预设范围时，所述飞轮储能装置运行在预设转速；当水面波动大于等于预设范围时，提高所述飞轮储能装置的转速，以抑制所述水上平台随波浪的晃动幅度。
[0050]可选的，所述飞轮储能装置的储能方法还包括：
[0051]实时检测来流风速参数，在来流风速小于预设值时，所述飞轮储能装置运行在预设转速；在来流风速大于等于预设值时，提高所述飞轮储能装置的转速，以抑制所述水上平台随波浪的晃动幅度。
[0052]本专利技术实施例还提供一种单风轮飞轮储能发电系统的偏航控制方法，包括：
[0053]当不需本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单风轮飞轮储能发电系统，其特征在于，包括：风机(10)，所述风机(10)用于风力发电；塔筒(20)，所述风机(10)安装于所述塔筒(20)的顶部，并能随所述塔筒(20)同步转动；水上平台(30)，所述水上平台(30)包括旋转支撑平台(31)、与所述旋转支撑平台(31)固定连接的固定连接环盘(32)、多个螺旋桨偏航装置(33)以及多个飞轮储能装置(341)，所述固定连接环盘(32)的底部形成有环形导向结构(321)，多个所述螺旋桨偏航装置(33)均匀地固定于所述固定连接环盘(32)的外圆周，用于驱动所述水上平台(30)旋转，所述塔筒(20)固定于所述旋转支撑平台(31)，并能够随所述旋转支撑平台(31)同步转动；多个所述飞轮储能装置(341)围绕所述旋转支撑平台(31)的中心均匀分布，每个所述飞轮储能装置(341)均与所述风机(10)电连接，以储存所述风机(10)产生的电能，每个所述飞轮储能装置(341)均具有用于连接电网的连接线，以将储存的电能并入所述电网，所述风机(10)和所述塔筒(20)的重心位于所述水上平台(30)的中心位置；系泊系统(40)，所述系泊系统(40)与所述水上平台(30)连接，并与所述环形导向结构(321)形成导向配合，所述系泊系统(40)用于锁定所述水上平台(30)的位置；以及偏航控制器，所述偏航控制器与每个所述螺旋桨偏航装置(33)电信号连接，以控制每个所述螺旋桨偏航装置(33)的工作状态，从而使所述水上平台(30)转动。2.根据权利要求1所述的单风轮飞轮储能发电系统，其特征在于，所述系泊系统(40)包括至少三组依次相连的固定机构(41)、连接绳索(42)以及锁紧装置(43)，所述固定机构(41)用于固定于水底，所述锁紧装置(43)与所述环形导向结构(321)形成导向配合；所述锁紧装置(43)能够在锁紧状态和打开状态切换，在所述锁紧状态，所述锁紧装置(43)相对所述固定连接环盘(32)固定，在所述打开状态，所述锁紧装置(43)能够相对所述固定连接环盘(32)沿所述环形导向结构(321)滑动；所述偏航控制器与每个所述锁紧装置(43)电信号连接，以控制每个所述锁紧装置(43)的锁紧状态。3.根据权利要求2所述的单风轮飞轮储能发电系统，其特征在于，所述风机(10)包括：机舱(12)、安装于机舱(12)上的轮毂(13)以及固定于所述轮毂(13)上的三只叶片(14)，三只所述叶片(14)能够随所述轮毂(13)同步转动；所述机舱(12)固定于所述塔筒(20)的顶部。4.根据权利要求2所述的单风轮飞轮储能发电系统，其特征在于，每个所述螺旋桨偏航装置(33)与所述旋转支撑平台(31)圆心距离相等；每个所述螺旋桨偏航装置(33)的旋转轴向方向垂直于所述旋转支撑平台(31)的径向，所述螺旋桨偏航装置(33)的数量大于等于3。5.根据权利要求1所述的单风轮飞轮储能发电系统，其特征在于，所述风机(10)所连接机舱顶部设置有风速风向仪，所述风速风向仪用于实时检测所述风机(10)所处环境的风速和方向；所述风速风向仪的电源由所述风机(10)提供。6.根据权利要求1所述的单风轮飞轮储能发电系统，其特征在于，所述环形导向结构(321)为开设于所述固定连接环盘(32)底部的环形导槽，或者，所述环形导向结构(321)为开设于所述固定连接环盘(32)底部的环形导轨。7.根据权利要求1所述的单风轮飞轮储能发电系统，其特征在于，所述水上平台(30)还
包括固定于所述旋转支撑平台(31)的外周面上的多个浮筒(34)，多个所述浮筒(34)围绕所述旋转支撑平台(31)等间距分布，每个所述浮...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭小江，付明志，李铮，秦猛，李春华，
申请(专利权)人：华能海上风电科学技术研究有限公司，
类型：发明
国别省市：