海上风力发电机组及其控制方法

技术领域

本发明涉及海上风电技术领域，具体而言，涉及一种海上风力发电机组及其控制方法。

背景技术

在相关技术中，海上风力发电装置能够对海上风能资源进行开发，是未来发电技术领域中极具潜力的发展方向。

目前，海上风力发电装置一般包括支撑基础以及设置在支撑基础上的风轮结构，为了能够尽可能地利用海上风能进行发电，一般是将多个海上风力发电装置按照一定的规律在一片海域中进行布置。

然而，相关技术中的海上风力发电装置以及海上风力发电装置形成的发电阵列对海上风能的利用效率并不理想。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种海上风力发电机组及其控制方法，以解决相关技术中的海上风力发电装置的风能利用效率并不理想的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种海上风力发电机组，包括：支撑基础；多个塔筒，设置在支撑基础上；多个风轮机构，与多个塔筒一一对应设置，多个风轮机构呈多排设置，每相邻两排中的风轮机构错位设置，每个风轮机构包括前风轮和后风轮，前风轮的直径大于后风轮的直径；多个偏航机构，每个塔筒和支撑基础之间设置有一个偏航机构。

进一步地，位于最外侧的多个塔筒限定出正多边形结构。

进一步地，在每个风轮机构中，前风轮的轴线和后风轮的轴线等高设置，前风轮的直径D与后风轮的直径d之间满足：d＝(0.75～0.85)×D；和/或，每个风轮机构在水平面上具有圆形投影范围，风轮机构在水平面上的投影完全落入至圆形投影范围内，相邻的两个风轮机构的两个圆形投影范围的中心距l与圆形投影范围的半径r之间满足：l＞2.4r。

根据本发明的另一方面，提供了一种海上风力发电机组的控制方法，其中，海上风力发电机组为上述的海上风力发电机组，控制方法包括：

步骤S10：获取环境风的风向信息；

步骤S30：根据风向信息控制多个塔筒转动以带动多个风轮机构转动。

进一步地，塔筒的数量和风轮机构的数量均为三个，三个风轮机构分别位于等边三角形的三个角部，三个风轮机构包括位于等边三角形的第一角部处的第一风轮机构、位于等边三角形的第二角部处的第二风轮机构和位于等边三角形的第三角部处的第三风轮机构，步骤S30包括：当风向信息满足环境风的风向平行于第一方向时，控制第一风轮机构正对环境风，控制第二风轮机构和第三风轮机构朝向等边三角形的中心倾斜，其中，第一方向为由等边三角形的第一角部至等边三角形的中心的方向；当风向信息满足环境风的风向平行于第二方向时，控制第二风轮机构正对环境风，控制第一风轮机构和第三风轮机构朝向等边三角形的中心倾斜，其中，第二方向为由等边三角形的第二角部至等边三角形的中心的方向；当风向信息满足环境风的风向平行于位于第一方向和第二方向之间的第三方向时，控制每个风轮机构移动至工作位置，在工作位置，风轮机构的垂线与环境风的风向平行于第一方向时风轮机构的垂线之间具有第一夹角A，环境风的风向平行于第一方向时风轮机构的垂线与环境风的风向平行于第二方向时风轮机构的垂线之间具有第二夹角B，第三方向与第一方向之间具有第三夹角C，其中，第一夹角A、第二夹角B和第三夹角C之间满足：A/B＝C/120°。

进一步地，当风向信息满足环境风的风向平行于第一方向时，控制第二风轮机构移动至垂线与第一方向之间的夹角在5°至15°之间的位置，控制第三风轮机构移动至垂线与第一方向之间的夹角在5°至15°之间的位置；和/或，当风向信息满足环境风的风向平行于第二方向时，控制第一风轮机构移动至垂线与第二方向之间的夹角在5°至15°之间的位置，控制第三风轮机构移动至垂线与第二方向之间的夹角在5°至15°之间的位置。

进一步地，塔筒的数量和风轮机构的数量均为七个，其中六个风轮机构分别位于正六边形的六个角部，第七个风轮机构位于正六边形的中心，六个风轮机构包括位于正六边形的第一角部处的第四风轮机构、位于正六边形的第二角部处的第五风轮机构、位于正六边形的第三角部处的第六风轮机构、位于正六边形的第四角部处的第七风轮机构、位于正六边形的第五角部处的第八风轮机构和位于正六边形的第六角部处的第九风轮机构，第七个风轮机构形成第十风轮机构，其中，正六边形的第一角部、第二角部、第三角部、第四角部、第五角部和第六角部沿正六边形的周向方向依次设置，步骤S30包括：当风向信息满足环境风的风向平行于第四方向时，控制第四风轮机构和第五风轮机构朝向正六边形的第一角部和第二角部的连线的中心倾斜，控制第十风轮机构正对环境风，控制第六风轮机构、第七风轮机构、第八风轮机构和第九风轮机构朝向第十风轮机构倾斜，其中，第四方向为由正六边形的第一角部和第二角部的连线的中心至正六边形的中心的方向；当风向信息满足环境风的风向平行于第五方向时，控制第五风轮机构和第六风轮机构朝向正六边形的第二角部和第三角部的连线的中心倾斜，控制第十风轮机构正对环境风，控制第七风轮机构、第八风轮机构、第九风轮机构和第四风轮机构朝向第十风轮机构倾斜，其中，第五方向为由正六边形的第二角部和第三角部的连线的中心至正六边形的中心的方向；当风向信息满足环境风的风向平行于位于第四方向和第五方向之间的第六方向时，控制每个风轮机构移动至工作位置，在工作位置，风轮机构的垂线与环境风的风向平行于第四方向时风轮机构的垂线之间具有第四夹角D，环境风的风向平行于第四方向时风轮机构的垂线与环境风的风向平行于第五方向时风轮机构的垂线之间具有第五夹角E，第六方向与第四方向之间具有第六夹角F，其中，第四夹角D、第五夹角E和第六夹角F之间满足：D/E＝F/60°。

进一步地，当风向信息满足环境风的风向平行于第四方向时，控制第四风轮机构移动至垂线与第四方向之间的夹角在2.5°至7.5°之间的位置，控制第五风轮机构移动至垂线与第四方向之间的夹角在2.5°至7.5°之间的位置，控制第七风轮机构移动至垂线与第四方向之间的夹角在2.5°至7.5°之间的位置，控制第八风轮机构移动至垂线与第四方向之间的夹角在2.5°至7.5°之间的位置，控制第六风轮机构移动至垂线与第四方向之间的夹角在5°至15°之间的位置，控制第九风轮机构移动至垂线与第四方向之间的夹角在5°至15°之间的位置；和/或，当风向信息满足环境风的风向平行于第五方向时，控制第五风轮机构移动至垂线与第五方向之间的夹角在2.5°至7.5°之间的位置，控制第六风轮机构移动至垂线与第五方向之间的夹角在2.5°至7.5°之间的位置，控制第八风轮机构移动至垂线与第五方向之间的夹角在2.5°至7.5°之间的位置，控制第九风轮机构移动至垂线与第五方向之间的夹角在2.5°至7.5°之间的位置，控制第七风轮机构移动至垂线与第五方向之间的夹角在5°至15°之间的位置，控制第四风轮机构移动至垂线与第五方向之间的夹角在5°至15°之间的位置。

进一步地，每执行预设时长的步骤S10之后执行一次步骤S30，其中，预设时长在8min至12min之间；和/或，在步骤S10中，风向信息为预设时长内的平均风向信息。

进一步地，在每执行预设时长的步骤S10之后，控制方法还包括：

步骤S20：判断当前的风向信息和上一次的风向信息之间的角度差是否大于预设角度差，当角度差大于预设角度差时，停机进行人工检修；当角度差小于预设角度差时，执行步骤S30。

进一步地，步骤S10还包括：

获取海上风力发电机组的风轮朝向信息；

步骤S30包括：

步骤S31：根据风轮朝向信息和风向信息计算每个风轮机构的转动角度；

步骤S32：控制塔筒转动以带动对应的风轮机构转动，当风轮机构的转动角度大于预设角度时，控制塔筒先以第一速度转动再以第二速度转动；当风轮机构的转动角度小于等于预设角度时，控制塔筒以第二速度转动，其中，第一速度大于第二速度。

进一步地，预设角度在0.5°至2°的范围内，第一速度在0.5°/s至0.7°/s之间，第二速度在0.08°/s至0.12°/s之间；和/或，当风轮机构的转动角度大于预设角度时，先控制塔筒以第一速度转动直至风轮机构的待转动角度等于或者小于预设角度，再控制塔筒以第二速度转动。

应用本发明的技术方案，支撑基础作为海上风力发电机组的安装基体，塔筒、风轮机构和偏航机构均安装在支撑基础上。在一个支撑基础上设置多个塔筒以及与多个塔筒一一对应的多个风轮机构，多个风轮机构错位设置，使得位于后一排的风轮机构能够对对应于前一排两个风轮机构之间的间隙的风能进行利用；每个风轮机构包括直径相对较大的前风轮和直径相对较小的后风轮，前风轮为迎风风轮，风先经过前风轮再经过后风轮，后风轮能够捕捉、利用前风轮剩下的风能，实现风能的梯次利用，以提升单个海上风力发电机组的风能利用效率。此外，每个塔筒和支撑基础之间均设置有一个偏航机构，通过偏航机构能够驱动塔筒转动进而带动风轮机构跟随环境风的风向变化而转动，以进一步提升风能利用效率。因此，本申请的技术方案能够有效地解决相关技术中的海上风力发电装置的风能利用效率并不理想的问题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的海上风力发电机组的第一实施例的立体结构示意图；

图2示出了图1的海上风力发电机组的部分结构的放大图；

图3示出了图1的海上风力发电机组的俯视示意图；

图4示出了当环境风的风向平行于第一方向时，图1的海上风力发电机组的各个风轮机构的朝向；

图5示出了当环境风的风向平行于第二方向时，图1的海上风力发电机组的各个风轮机构的朝向；

图6示出了当环境风的风向平行于第三方向时，图1的海上风力发电机组的各个风轮机构的朝向；

图7示出了根据本发明的海上风力发电机组的第二实施例的俯视示意图；

图8示出了当环境风的风向平行于第四方向时，图7的海上风力发电机组的各个风轮机构的朝向；

图9示出了当环境风的风向平行于第五方向时，图7的海上风力发电机组的各个风轮机构的朝向；

图10示出了当环境风的风向平行于第六方向时，图7的海上风力发电机组的各个风轮机构的朝向；

图11示出了根据本发明的海上风力发电机组的控制方法的流程图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、支撑基础；

20、塔筒；

30、风轮机构；31、前风轮；32、后风轮；33、V形支架；300、圆形投影范围；301、第一风轮机构；302、第二风轮机构；303、第三风轮机构；304、第四风轮机构；305、第五风轮机构；306、第六风轮机构；307、第七风轮机构；308、第八风轮机构；309、第九风轮机构；310、第十风轮机构；

40、偏航机构；

50、系泊缆；

l、相邻的两个风轮机构的两个圆形投影范围的中心距；r、圆形投影范围的半径；

A、第一夹角；B、第二夹角；C、第三夹角；D、第四夹角；E、第五夹角；F、第六夹角；

a、第一方向；b、第二方向；c、第三方向；d、第四方向；e、第五方向；f、第六方向。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

如图1至图10所示，本申请提供了一种海上风力发电机组，本申请的海上风力发电机组的实施例包括：支撑基础10、多个塔筒20、多个风轮机构30和多个偏航机构40。其中，多个塔筒20设置在支撑基础10上；多个风轮机构30与多个塔筒20一一对应设置，多个风轮机构30呈多排设置，每相邻两排中的风轮机构30错位设置，每个风轮机构30包括前风轮31和后风轮32，前风轮31的直径大于后风轮32的直径；每个塔筒20和支撑基础10之间设置有一个偏航机构40。

应用本实施例的技术方案，支撑基础10作为海上风力发电机组的安装基体，塔筒20、风轮机构30和偏航机构40均安装在支撑基础10上。在一个支撑基础10上设置多个塔筒20以及与多个塔筒20一一对应的多个风轮机构30，多个风轮机构30错位设置，使得位于后一排的风轮机构30能够对对应于前一排两个风轮机构30之间的间隙的风能进行利用；每个风轮机构30包括直径相对较大的前风轮31和直径相对较小的后风轮32，前风轮31为迎风风轮，风先经过前风轮31再经过后风轮32，后风轮32能够捕捉、利用前风轮31剩下的风能，实现风能的梯次利用，以提升单个海上风力发电机组的风能利用效率。此外，每个塔筒20和支撑基础10之间均设置有一个偏航机构40，通过偏航机构40能够驱动塔筒20转动进而带动风轮机构30跟随环境风的风向变化而转动，以进一步提升风能利用效率。因此，本实施例的技术方案能够有效地解决相关技术中的海上风力发电装置的风能利用效率并不理想的问题。

具体地，塔筒20和风轮机构30固定连接。偏航机构40为本领域的现有技术，对其具体的结构组成以及各个结构之间的连接、配合关系不再赘述。

在相关技术中，每个塔筒上方仅设置一个风轮，在同样的机组容量与捕风风轮面积下，本申请中使用两个小风轮(也即前风轮31和后风轮32)替代相关技术中的一个大风轮，有效减少了塔架高度(具体为支撑基础10的最下端到风轮机构30的风轮的轴线之间的高度)，降低了重心。例如：由50m长的叶片组成的直径为100m的风轮，可以换成1个叶片长为40m的风轮和1个叶片长为30m的风轮，塔架高度从可以从55m降低到45m，其中的5m是支撑基础的高度，叶片尖端不能刮到支撑基础。

如图3和图7所示，位于最外侧的多个塔筒20限定出正多边形结构。通过偏航机构40能够带动多个风轮机构30跟随环境风的风向变化而转动，多个风轮机构30按照正多边形进行排布，使得多个风轮机构30在海上风力发电机组的周向方向上呈周期性排布，每个周期的偏航控制程序相同(具体将在后文的控制方法中进行描述)，便于进行多个风轮机构30的偏航控制。

如图1所示，在每个风轮机构30中，前风轮31的轴线和后风轮32的轴线等高设置，前风轮31的直径D与后风轮32的直径d之间满足：d＝(0.75～0.85)×D。其中，“前风轮31的轴线和后风轮32的轴线等高设置”指代的是前风轮31的轴线和后风轮32的轴线位于空间坐标系中的同一水平面内。令前风轮31的直径D与后风轮32的直径d之间满足上述关系，可以最大化地保证风能捕获效率，且保证经济性。如果后风轮32的直径太小，虽然造价更低，但是风能捕获效率下降；如果后风轮32的直径太大，虽然风能捕获效率提升，但是造价太高。优选地，d可以等于0.75D、0.8D或者0.85D。

具体地，上述的“前风轮31的直径D”指代的是前风轮31绕其轴线转动时所覆盖的圆形范围的直径，上述的“后风轮32的直径d”指代的是后风轮32绕其轴线转动时所覆盖的圆形范围的直径。

如图3和图7所示，每个风轮机构30在水平面上具有圆形投影范围300，风轮机构30在水平面上的投影完全落入至圆形投影范围300内，相邻的两个风轮机构30的两个圆形投影范围300的中心距l与圆形投影范围300的半径r之间满足：l＞2.4r。其中，上述的“圆形投影范围300”指代的是：以与风轮机构30对应的塔筒20的轴线为中心，以前风轮31的其中一个叶片处于水平位置时该叶片的最外端到塔筒20的轴线的距离为半径所形成的圆形区域。邻的两个风轮机构30的两个圆形投影范围300的中心距l与圆形投影范围300的半径r之间满足上述的关系，一方面能够使得海上风力发电机组中的多个风轮机构30排列紧凑，另一方面又能够避免风轮机构30之间产生干涉。

本申请提供的海上风力发电机组为漂浮式海上风力发电机组，支撑基础10包括多个浮式立柱，每个浮式立柱上方设置有一个塔筒20，偏航机构40设置在浮式立柱和塔筒20之间，海上风力发电机组还包括连接在海底锚固结构和浮式立柱之间的系泊缆50。风轮机构30还包括V形支架33，V形支架33的下端与塔筒20的上端固定连接，前风轮31和后风轮32分别设V形支架33的两个上端部，前风轮31和后风轮32的轴线平行。

漂浮式海上风力发电机组的造价一直是制约其发展的重要因素。其中，塔筒和风轮机构造价占约20％，支撑基础占40％，系泊缆占20％，施工占15％，其余5％是动态海缆、附件等，如何降低单位千瓦的漂浮式海上风力发电机组的造价也是本领域亟待解决的问题。

应用本实施例的技术方案，塔筒20和风轮机构30造价为20％×3(是之前3倍)，支撑基础占40％×2(是之前2倍)，系泊缆占20％×2(是之前2倍)，施工占15％(与之前基本一致)，其余5％是动态海缆、附件等(与之前基本一致)。可将单位kw造价降低约1-1.8/3＝20％。

如图11所示，本申请还提供了一种海上风力发电机组的控制方法，其中，海上风力发电机组为上述的海上风力发电机组，本申请的控制方法的实施例包括：

步骤S10：获取环境风的风向信息；

步骤S30：根据风向信息控制多个塔筒20转动以带动多个风轮机构30转动。

上述的海上风力发电机组能够有效地解决相关技术中的海上风力发电装置的风能利用效率并不理想的问题，通过本实施例的控制方法控制上述的海上风力发电机组进行偏航(偏航指代的是风轮机构30跟随风向信息的变化而进行转动)也具有上述的优点。

图3至图6示出了根据本申请的海上风力发电机组的第一实施例的结构示意图(图4至图6主要是为了示出不同风向时各个风轮机构30的朝向，因此，对风轮机构30的具体结构进行了简化表达)，其中，塔筒20的数量和风轮机构30的数量均为三个，三个风轮机构30分别位于等边三角形的三个角部，三个风轮机构30包括位于等边三角形的第一角部处的第一风轮机构301、位于等边三角形的第二角部处的第二风轮机构302和位于等边三角形的第三角部处的第三风轮机构303，针对第一实施例的海上风力发电机组，步骤S30包括：

当风向信息满足环境风的风向平行于第一方向a时，控制第一风轮机构301正对环境风，控制第二风轮机构302和第三风轮机构303朝向等边三角形的中心倾斜，其中，第一方向a为由等边三角形的第一角部至等边三角形的中心的方向；

当风向信息满足环境风的风向平行于第二方向b时，控制第二风轮机构302正对环境风，控制第一风轮机构301和第三风轮机构303朝向等边三角形的中心倾斜，其中，第二方向b为由等边三角形的第二角部至等边三角形的中心的方向；

当风向信息满足环境风的风向平行于位于第一方向a和第二方向b之间的第三方向c时，控制每个风轮机构30移动至工作位置，在工作位置，风轮机构30的垂线与环境风的风向平行于第一方向a时风轮机构30的垂线之间具有第一夹角A，环境风的风向平行于第一方向a时风轮机构的垂线与环境风的风向平行于第二方向b时风轮机构的垂线之间具有第二夹角B，第三方向c与第一方向a之间具有第三夹角C，其中，第一夹角A、第二夹角B和第三夹角C之间满足：A/B＝C/120°。

具体地，第一方向a为图4中由下至上的竖向方向，等边三角形的下侧角部为第一角部、右侧角部为第二角部、左侧角部为第三角部，此时，令第一风轮机构301正对环境风，能够尽可能多地利用风能，当风经过第一风轮机构301时，受第一风轮机构301的影响，风的流向会向外侧(也即图4中的左上方向和右上方向)发生偏斜，令第二风轮机构302和第三风轮机构303均向边三角形的中心倾斜，使得第二风轮机构302和第三风轮机构303的朝向能够与方向发生偏斜之后的风相适配，进而使得三个风轮机构30所接收的整体的风能最大化。此外，此时第一风轮机构301可以进行一定顺桨，将更多的风能留给后侧的第二风轮机构302和第三风轮机构303，最终实现整体发电效率最高，即P＝p1+p2+p3最大化，其中，P为海上风力发电机组的整体发电效率，p1为第一风轮机构301的发电效率，p2为第二风轮机构302的发电效率，p3为第三风轮机构303的发电效率。

需要说明的是，图4中标识有“a”的直线箭头指代的是第一方向，也即在环境风未接触到海上风力发电机组时的流向，也是“获取环境风的风向信息”步骤中所需要获取的信息；图4中的曲线箭头指代的是风流经至少一个风轮机构30后的风向，由于位于前侧的风轮机构30会对风向有一定的影响，因此，此时风向会相对于第一方向a发生一定的偏转，“获取环境风的风向信息”的步骤中并不需要关注该偏转后的风向信息。

第二方向b为图5中由右侧斜上至左侧斜下的方向，与环境风的风向平行于第一方向时类似，这样设置能够令三个风轮机构30所接收的整体的风能最大化。

如图4至图6所示，第三方向c位于第一方向a和第二方向b之间，环境风沿逆时针方向改变风向的过程中会依次经过第一方向a、第三方向c和第二方向b。在图6中，第一风轮机构301(a)示出的是环境风的风向平行于第一方向a时，第一风轮机构301的姿态；第一风轮机构301(b)示出的是环境风的风向平行于第二方向b时，第一风轮机构301的姿态；第一风轮机构301(c)示出的是环境风的风向平行于第三方向c时，第一风轮机构301的姿态。当环境风由第一方向a改变至第二方向b之间的任一方向时，各个风轮机构30的朝向发生线性变化，也即满足A/B＝C/120°，能够使得三个风轮机构30所接收的整体的风能最大化，且控制程序简单。

上文仅描述了环境风在海上风力发电机组的周向方向上120°范围内变化时各个风轮机构30的朝向控制，当环境风的风向在另外的240°范围内时，其控制原理与第一方向a至第二方向b之间的控制原理类似，在此不再赘述。

如图4所示，当风向信息满足环境风的风向平行于第一方向a时，控制第二风轮机构302移动至垂线与第一方向a之间的夹角在5°至15°之间的位置，控制第三风轮机构303移动至垂线与第一方向a之间的夹角在5°至15°之间的位置；令第二风轮机构302和第三风轮机构303的朝向满足上述的条件，一方面使得各个风轮机构30尽可能地正对环境风或者仅与环境风呈较小的角度，另一方面使得位于后方的风轮机构30的朝向能够与被前方的风轮机构30影响流向的风的风向相适配，进而尽可能地实现三个风轮机构30所接收的整体的风能最大化，保证风能利用效率。具体地，当风能经过第一风轮机构301时，会产生方向上的变化，其变化角度正好在5°至15°之间，因此，令第二风轮机构302和第三风轮机构303相对于第一风轮机构301偏转5°至15°，以使得位于后侧的风轮机构(也即第二风轮机构302和第三风轮机构303)能够以最好的角度对风，避免造成风能的浪费。具体实施时，风能经过第一风轮机构301之后的偏转角度与第一风轮机构301的尺寸、相邻的风轮机构之间的间隔、环境风的流速等相关，工作人员可以根据现场的实际情况在5°至15°之间选择位于后侧的风轮机构相对于位于前侧的风轮的偏转角度，例如：5°、10°或者15°。

同样地，如图5所示，当风向信息满足环境风的风向平行于第二方向b时，控制第一风轮机构301移动至垂线与第二方向b之间的夹角在5°至15°之间的位置，控制第三风轮机构303移动至垂线与第二方向b之间的夹角在5°至15°之间的位置。

图7至图10示出了根据本申请的海上风力发电机组的第二实施例的结构示意图(图8至图10主要是为了示出不同风向时各个风轮机构30的朝向，因此，对风轮机构30的具体结构进行了简化表达)，其中，塔筒20的数量和风轮机构30的数量均为七个，其中六个风轮机构30分别位于正六边形的六个角部，第七个风轮机构30位于正六边形的中心，六个风轮机构30包括位于正六边形的第一角部处的第四风轮机构304、位于正六边形的第二角部处的第五风轮机构305、位于正六边形的第三角部处的第六风轮机构306、位于正六边形的第四角部处的第七风轮机构307、位于正六边形的第五角部处的第八风轮机构308和位于正六边形的第六角部处的第九风轮机构309，第七个风轮机构30形成第十风轮机构310，其中，正六边形的第一角部、第二角部、第三角部、第四角部、第五角部和第六角部沿正六边形的周向方向依次设置，针对第二实施例的海上风力发电机组，步骤S30包括：

当风向信息满足环境风的风向平行于第四方向d时，控制第四风轮机构304和第五风轮机构305朝向正六边形的第一角部和第二角部的连线的中心倾斜，控制第十风轮机构310正对环境风，控制第六风轮机构306、第七风轮机构307、第八风轮机构308和第九风轮机构309朝向第十风轮机构310倾斜，其中，第四方向d为由正六边形的第一角部和第二角部的连线的中心至正六边形的中心的方向；

当风向信息满足环境风的风向平行于第五方向e时，控制第五风轮机构305和第六风轮机构306朝向正六边形的第二角部和第三角部的连线的中心倾斜，控制第十风轮机构310正对环境风，控制第七风轮机构307、第八风轮机构308、第九风轮机构309和第四风轮机构304朝向第十风轮机构310倾斜，其中，第五方向e为由正六边形的第二角部和第三角部的连线的中心至正六边形的中心的方向；

当风向信息满足环境风的风向平行于位于第四方向d和第五方向e之间的第六方向f时，控制每个风轮机构30移动至工作位置，在工作位置，风轮机构30的垂线与环境风的风向平行于第四方向d时风轮机构的垂线之间具有第四夹角D，环境风的风向平行于第四方向d时风轮机构30的垂线与环境风的风向平行于第五方向e时风轮机构30的垂线之间具有第五夹角E，第六方向f与第四方向d之间具有第六夹角F，其中，第四夹角D、第五夹角E和第六夹角F之间满足：D/E＝F/60°。

具体地，第四方向d为图8中由上至下的竖向方向，正六边形的六个角部由左上角的角部沿顺时针方向依次为第一角部、第二角部、第三角部、第四角部、第五角部和第六角部，此时，除了第十风轮机构310正对环境风，其余的风轮机构30均朝向图8中的正六边形的竖直中心线倾斜设置，起到将更多的风引导至正六边形内部的作用，此外，各个风轮机构30的朝向也考虑到了风经过风轮机构30时的偏向问题，使得位于后方的风轮机构30能够更好地承接经过前方的风轮机构30后风向发生改变的风，进而使得七个风轮机构30所接收的整体的风能最大化。

需要说明的是，图8中标识有“d”的直线箭头指代的是第四方向，也即在环境风未接触到海上风力发电机组时的流向，也是“获取环境风的风向信息”步骤中所需要获取的信息；图8中的曲线箭头指代的是风流经至少一个风轮机构30后的风向，由于位于前侧的风轮机构30会对风向有一定的影响，因此，此时风向会相对于第四方向d发生一定的偏转，“获取环境风的风向信息”的步骤中并不需要关注该偏转后的风向信息。

第五方向e为图9中由右侧斜上至左侧斜下的方向，与环境风的风向平行于第四方向d时类似，这样设置能够令七个风轮机构30所接收的整体的风能最大化。

如图8和图10所示，第六方向f位于第四方向d和第五方向e之间，环境风沿顺时针方向改变风向的过程中会依次经过第四方向d、第六方向f和第五方向e。在图10中，第十风轮机构310(d)示出的是环境风的风向平行于第四方向d时，第十风轮机构310的姿态；第十风轮机构310(e)示出的是环境风的风向平行于第五方向e时，第十风轮机构310的姿态；第十风轮机构310(f)示出的是环境风的风向平行于第六方向f时，第十风轮机构310的姿态。当环境风由第四方向d改变至第五方向e之间的任一方向时，各个风轮机构30的朝向发生线性变化，也即满足D/E＝F/60°，能够使得七个风轮机构30所接收的整体的风能最大化，且控制程序简单。

上文仅描述了环境风在海上风力发电机组的周向方向上60°范围内变化时各个风轮机构30的朝向控制，当环境风的风向在另外的300°范围内时，其控制原理与第四方向d至第六方向f之间的控制原理类似，在此不再赘述。

如图8所示，当风向信息满足环境风的风向平行于第四方向d时，控制第四风轮机构304移动至垂线与第四方向d之间的夹角在2.5°至7.5°之间的位置，控制第五风轮机构305移动至垂线与第四方向d之间的夹角在2.5°至7.5°之间的位置，控制第七风轮机构307移动至垂线与第四方向d之间的夹角在2.5°至7.5°之间的位置，控制第八风轮机构308移动至垂线与第四方向d之间的夹角在2.5°至7.5°之间的位置，控制第六风轮机构306移动至垂线与第四方向d之间的夹角在5°至15°之间的位置，控制第九风轮机构309移动至垂线与第四方向d之间的夹角在5°至15°之间的位置；令第四风轮机构304、第五风轮机构305、第六风轮机构306、第七风轮机构307、第八风轮机构308和和第九风轮机构309的朝向满足上述的条件，一方面使得各个风轮机构30尽可能地正对环境风或者仅与环境风呈较小的角度，另一方面使得位于后方的风轮机构30的朝向能够与被前方的风轮机构30影响流向的风的风向相适配，能够尽可能地实现七个风轮机构30所接收的整体的风能最大化，保证风能利用效率。具体地，令第四风轮机构304的垂线、第五风轮机构305的垂线、第七风轮机构307的垂线和第八风轮机构308的垂线相对于第四方向d的偏转角度在2.5°至7.5°之间，令第六风轮机构306的垂线和第九风轮机构309的垂线对于第四方向d的偏转角度在5°至15°之间，使得位于后侧的风轮机构能够以最好的姿态来捕获风能，如果超出上述的角度范围的话，会使得风能损失较大。工作人员可以根据现场的实际情况在上述的角度范围内选择各个风轮机构的垂线相对于第四方向d的偏转角度，例如：令第四风轮机构304的垂线、第五风轮机构305的垂线、第七风轮机构307的垂线和第八风轮机构308的垂线相对于第四方向d的偏转角度为2.5°、5°或者7.5°，令第六风轮机构306的垂线和第九风轮机构309的垂线对于第四方向d的偏转角度为5°、10°或者15°。

同样地，如图9所示，当风向信息满足环境风的风向平行于第五方向e时，控制第五风轮机构305移动至垂线与第五方向e之间的夹角在2.5°至7.5°之间的位置，控制第六风轮机构306移动至垂线与第五方向e之间的夹角在2.5°至7.5°之间的位置，控制第八风轮机构308移动至垂线与第五方向e之间的夹角在2.5°至7.5°之间的位置，控制第九风轮机构309移动至垂线与第五方向e之间的夹角在2.5°至7.5°之间的位置，控制第七风轮机构307移动至垂线与第五方向e之间的夹角在5°至15°之间的位置，控制第四风轮机构304移动至垂线与第五方向e之间的夹角在5°至15°之间的位置。

进行上述的两种海上风力发电机组的具体实施例的控制时，除了各个风轮机构30的朝向不同，其他的控制均是相同的。具体地，每执行预设时长的步骤S10之后执行一次步骤S30，其中，预设时长在8min至12min之间；在步骤S10中，风向信息为预设时长内的平均风向信息。

其中，环境风的风向是实时变化的，但是其在短时间范围内的变化幅度较小，若控制各个风轮机构30的朝向跟随风向实时调整，则控制难度较大且驱动风轮机构30的能耗较高，且对于风能利用率的提升并无明显效果。因此，采用每间隔预设时长之后根据该预设时长内的平均风向信息进行一次偏航操作(也即执行一次步骤S30)，能够兼顾控制难度较低、驱动风轮机构30的能耗小并保证风能利用率。优选地，预设时长可以为8min、10min或者12min。

需要说明的是，由于环境风的风向是实时变化的，检测到的环境风的风向也是不断变化的，上述的“平均风向信息”指代的是预设时长内的平均风向。

在每执行预设时长的步骤S10之后，控制方法还包括：

步骤S20：判断当前的风向信息和上一次的风向信息之间的角度差是否大于预设角度差，当角度差大于预设角度差时，停机进行人工检修；当角度差小于预设角度差时，执行步骤S30。

考虑到一般情况下环境风的风向不会在短时间内发生特别大的变化，相邻的两个预设时长内得到的风向信息之间的角度差过大时，存在较高的检测元器件损坏的可能性，使得检测信息不准确。因此，当角度差大于预设角度差时，停机进行人工检修，以及时对海上风力发电机组的相关元器件进行排查，以保证海上风力发电机组的正常运行；当角度差小于预设角度差时，则正常进行偏航控制。

其中，预设角度差在80°至100°之间，具体控制时，工作人员可以根据该海域的环境风的风向变化情况在上述范围内选择一个角度值作为预设角度差。

具体地，上述的“当前的风向信息”指代的是本次执行步骤S30前的预设时长内的平均风向、“上一次的风向信息”指代的是上一次执行步骤S30前的预设时长内的平均风向。

步骤S10还包括：获取海上风力发电机组的风轮朝向信息；

步骤S30包括：

步骤S31：根据风轮朝向信息和风向信息计算每个风轮机构30的转动角度；

步骤S32：控制塔筒20转动以带动对应的风轮机构30转动，当风轮机构30的转动角度大于预设角度时，控制塔筒20先以第一速度转动再以第二速度转动；当风轮机构30的转动角度小于等于预设角度时，控制塔筒20以第二速度转动，其中，第一速度大于第二速度。

具体地，控制风轮机构30分段转动，且先快速转动、再以相对较慢的速度转动至最终位置，可以令风轮机构30先以最快的响应速度来改变偏航角度以实现对风，再以相对较小的速度来实现以精确的对风方向的控制，使得风轮机构能够既快又精准地实现偏航对风，进而减小风能的损失。

其中，预设角度在0.5°至2°的范围内，第一速度在0.5°/s至0.7°/s之间，第二速度在0.08°/s至0.12°/s之间；一般来说，对风角度偏差在3°时已经能够实现较为准确的对风，当对风偏差在2°时，风能的损失为：(π×1×1-π×cos2°×cos2°)/π×1×1＝0.1％，控制风轮机构30以较大的第一速度转动，能够实现快速且较为精准的对风；然后以相对较小的第一速度微调风轮机构30的对风角度，进一步降低风能的损失。具体地，预设角度可以为0.5°、1°、1.5°或者2°。第一速度的大小主要是由偏航发电机的功率以及寿命决定的，具体实施时，工作人员可以根据偏航发动机的具体参数在上述的范围内进行选择，优选地，第一速度可以为0.5°/s、0.6°/s或者0.7°/s；第二速度的参数选择在保证响应时间相对较短的情况下保证了对风的准确度，以第二速度为0.08°/s为例，2/0.08＝25，也即以第二速度转动25s既能够实现相对精准的对风动作，优选地，第二速度可以为：0.08°/s、0.10°/s或者0.12°/s。

当风轮机构30的转动角度大于预设角度时，先控制塔筒20以第一速度转动直至风轮机构30的待转动角度等于或者小于预设角度，再控制塔筒20以第二速度转动。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。