基于潮流影响的浮式风电装备开环动态调载系统的制作方法

1.本发明涉及浮式风力发电技术领域，更具体地说，涉及一种基于潮流影响的浮式风电装备开环动态调载系统。


背景技术：

2.现有技术中，国内首台按深远海(水深高度大于或等于50m)条件进行设计、工程实施及测试验证的海上浮式风电装备(“扶摇号”深远海浮式风电装备)在湛江徐闻罗斗沙海域完成示范装机，使得我国水深50m以上海域风资源开发利用成为可能，为国内深远海漂浮式风电领域的发展奠定了基础。
3.海上浮式风电装备位于徐闻罗斗沙海域，琼州海峡东口，海流最大流速达3.5m/s，潮流为规则的全日潮流，且往复特征显著。浮式风电装备的浮式平台采用三立柱半潜式基础，风力发电机组安装于其中一个立柱上。为提高浮式风电装备的垂荡、横摇、纵摇的自然周期，三立柱半潜式基础下方设置有垂荡板或下浮体。根据分析，在不考虑风、浪及其他环境条件，潮流对于带有垂荡板或下浮体的三立柱半潜式基础具有较大影响，即浮式平台迎流倾斜时，海流流速越大，则浮式平台的整体倾斜角度越大。同时，由于潮流为全日潮、往复特征明显，因此，浮式平台每日会在涨潮、落潮期间呈现周期性的往复倾斜变化。
4.根据研究分析，国内外已装机运行的浮式风电装备在倾斜角度超过一定阈值时，浮式风电装备将停止发电。根据分析计算，当风和水流同向时，潮流能减少浮式平台的倾斜角度；但如果风和水流反向时，潮流会加剧浮式平台的倾斜角度，从而导致浮式风电装备达到设定倾斜阈值，从而导致浮式机组触发安全保护而出现停机。
5.综上所述，如何减少其他因素导致浮式平台额外的倾斜角度，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于潮流影响的浮式风电装备开环动态调载系统，可有效减少因潮流导致浮式平台额外的倾斜角度。
7.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
8.一种基于潮流影响的浮式风电装备开环动态调载系统，包括：用于支撑浮式风机的浮式平台、用于调节所述浮式平台的内腔容水量的调调载系统、用于监测海流的流速和流向的传感器以及控制装置，所述调载系统与所述控制装置连接，所述传感器与所述控制装置采用无线传输，所述控制装置用于根据所述传感器的监测数据控制所述调载系统、以调整所述浮式平台的倾斜角度。
9.优选的，还包括用于在断电时为所述控制装置和所述调载系统供电的后备电源。
10.优选的，所述后备电源设于所述浮式平台内，所述控制装置设于所述浮式风电装备的塔筒内部，所述传感器设于所述浮式平台的附近海面上。
11.优选的，所述浮式平台包括第一立柱、第二立柱以及第三立柱，所述第一立柱的顶
部、所述第二立柱的顶部以及所述第三立柱的顶部对应连接，所述第一立柱的底部、所述第二立柱的底部以及所述第三立柱的底部通过支撑板连接；
12.所述第一立柱、所述第二立柱以及所述第三立柱的底部均设有所述调载系统。
13.优选的，所述调载系统包括用于进水的海底阀箱、用于驱动水液流动的压载水泵以及用于容纳水液的调整舱室；
14.所述海底阀箱和所述压载水泵之间、所述压载水泵和所述调整舱室之间、所述海底阀箱和所述调整舱室之间均设有连通管路，且所述连通管路上设有控制阀，所述控制阀和所述控制装置连接。
15.优选的，每个所述调载系统均包括至少两台所述压载水泵。
16.优选的，所述控制装置包括用于分析计算不同流速下所述浮式平台的倾斜角度的第一部、用于将所述倾斜角度转化为所述调整舱室的调载量的第二部以及用于控制所述调载系统根据所述调载量进行调节的第三部。
17.在使用本发明所提供的基于潮流影响的浮式风电装备开环动态调载系统时，可以结合机位点潮流流向往复特征明显的特点，利用传感器测量潮流的流向和流速大小，根据设计分析得出的不同流速、流向下浮式平台内腔容水量的调载量，由调载系统控制浮式平台进行加载或排载操作，从而使浮式平台在不同流速、流向下始终处于平衡状态，从而减少由潮流引起浮式平台的倾斜现象。也即本系统可有效减少潮流导致的浮式平台倾斜现象，使浮式风电装备仅在自身运行情况下出现轻微倾斜，有利于提高浮式风电装备的发电效果。
18.综上所述，本发明所提供的基于潮流影响的浮式风电装备开环动态调载系统，可有效减少其他因素导致浮式平台额外的倾斜角度。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
20.图1为本发明所提供的基于潮流影响的浮式风电装备开环动态调载系统的结构示意图；
21.图2为浮式平台的俯视图；
22.图3为调载系统的示意图。
23.图1-图3中：
24.1为浮式平台、11为第一立柱、12为第二立柱、13为第三立柱、14为支撑板、2为调载系统、21为海底阀箱、22为压载水泵、23为调整舱室、24为连通管路、25为控制阀、26为旁通管路、3为控制装置、4为后备电源。
具体实施方式
25.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。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
26.本发明的核心是提供一种基于潮流影响的浮式风电装备开环动态调载系统，可有效减少其他因素导致浮式平台额外的倾斜角度。
27.请参考图1至图3，其中，图1为本发明所提供的基于潮流影响的浮式风电装备开环动态调载系统的结构示意图；图2为浮式平台的俯视图；图3为调载系统的示意图。
28.本具体实施例提供了一种基于潮流影响的浮式风电装备开环动态调载系统，包括：用于支撑浮式风机的浮式平台1、用于调节浮式平台1的内腔容水量的调载系统2、用于监测海流的流速和流向的传感器以及控制装置3，调载系统2与控制装置3连接，传感器与控制装置3采用无线传输，控制装置3用于根据传感器的监测数据控制调载系统2、以调整浮式平台1的倾斜角度。
29.需要说明的是，浮式平台1采用三立柱半潜式基础，浮式风电装备安装于其中一个立柱上，在三立柱半潜式基础各立柱下方设置有调载系统2。在不考虑风、浪及其他环境条件，潮流对三立柱半潜式基础具有较大影响，而调载系统2可有效缓解三立柱半潜式基础的倾斜现象。
30.可以在实际运用过程中，根据实际情况和实际需求，对浮式平台1、调载系统2、传感器以及控制装置3的形状、结构、类型、位置等进行确定。
31.在使用本发明所提供的基于潮流影响的浮式风电装备开环动态调载系统时，可以结合机位点潮流流向往复特征明显的特点，利用传感器测量海流的流向和流速大小，根据设计分析得出的不同流速、流向下浮式平台1内腔容水量的调载量，由调载系统2控制浮式平台1进行加载或排载操作，从而使浮式平台1在不同流速、流向下始终处于平衡状态，从而减少由潮流引起浮式平台1的倾斜现象。也即本系统可有效减少潮流导致的浮式平台1倾斜现象，使浮式风电装备仅在自身运行情况下出现轻微倾斜，有利于提高浮式风电装备的发电效果。
32.综上所述，本发明所提供的基于潮流影响的浮式风电装备开环动态调载系统，可有效减少其他因素导致浮式平台1额外的倾斜角度。
33.在上述实施例的基础上，优选的，还包括用于在断电时为控制装置3和调载系统2供电的后备电源4。当浮式风电装备与电网并网时，可对后备电源4进行充电，也可同时对控制装置3和调载系统2供电。而当浮式风电装备与电网离网时，此时，可由后备电源4为控制装置3和调载系统2供电。
34.优选的，后备电源4设于浮式平台1内，后备电源4主要用于本系统离网时进行供电。控制装置3设于浮式风电装备的塔筒内部，控制装置3主要用于控制调载系统2的阀门开合以及控制调载系统2的压载水泵22启停。传感器设于浮式平台1的附近海面上，传感器主要用于测量机位点流速大小及流向，并向控制装置3回传监测数据。
35.优选的，浮式平台1包括第一立柱11、第二立柱12以及第三立柱13，第一立柱11的顶部、第二立柱12的顶部以及第三立柱13的顶部对应连接，第一立柱11的底部、第二立柱12的底部以及第三立柱13的底部通过支撑板14连接；第一立柱11、第二立柱12以及第三立柱13的底部均设有调载系统2。
36.因此，控制装置3可根据传感器的监测数据，分析得出的不同流速、流向下浮式平
台1的各立柱调载舱室的调载量，由调载系统2控制浮式平台1各立柱调整舱室23的加载或排载，从而使浮式平台1在不同流速、流向下始终处于平衡状态，从而减少由潮流引起浮式平台1的倾斜现象。
37.在上述实施例的基础上，优选的，调载系统2包括用于进水的海底阀箱21、用于驱动水液流动的压载水泵22以及用于容纳水液的调整舱室23；海底阀箱21和压载水泵22之间、压载水泵22和调整舱室23之间、海底阀箱21和调整舱室23之间均设有连通管路24，且连通管路24上设有控制阀25，控制阀25和控制装置3连接。
38.需要说明的是，可以在压载水泵22和调整舱室23的连通管路24上再设置一条旁通管路26，并在旁通管路26上设置控制阀25，以加快调整舱室23的排载速度，调载系统2的结构如图3所示。通过对压载水泵22、海底阀箱21、连通管路24、控制阀25以及调整舱室23等进行开合组合控制，可实现将舷外海水加载至浮式平台1的各立柱调整舱室23或将各立柱调整舱室23中的海水排出舷外的开环动态调载操作，从而调整浮式平台1的倾斜角度，减少潮流对海上浮式风电装备倾斜角度的影响。
39.优选的，每个调载系统2均包括至少两台压载水泵22，以使压载水泵22能够保证一备一用，确保每个立柱可根据实际情况进行加载或排载操作。
40.优选的，控制装置3包括用于分析计算不同流速下浮式平台1的倾斜角度的第一部、用于将倾斜角度转化为调整舱室23的调载量的第二部以及用于控制调载系统2根据调载量进行调节的第三部。
41.需要说明的是，控制装置3的控制原理为：由于潮流流向呈现往复性，可以将涨潮定义为正流速，将落潮定义为负流速。根据分析计算不同流速下，浮式平台1的倾斜角度，并通过调整舱室23的调载计算，使浮式平台1处于平稳状态，确定调整舱室23的调载量(即加载量或排载量)。例如，可按照表1进行各立柱的压载水量调整：
42.表1不同流速下各立柱的压载水量调整量
[0043][0044]
例如，当传感器监测到海流的流速和流向时，将该信号传递至控制装置3，控制装
置3根据监测的数据判定浮式平台1所需要修正的角度，确定浮式平台1的第一立柱11、第二立柱12以及第三立柱13的调载舱室所需的加载量或排载量。然后，控制调载系统2启动对应立柱的调载舱室、连通管路24、海底阀箱21以及对应控制阀25的开启状态，启动压载水泵22运行，并通过控制压载水泵22的运行时间，从而达到各调载舱室所需的加载量或排载量。其中，δ1为第一立柱11的预设倾斜角度，δ2为第二立柱12的预设倾斜角度，δ3为第三立柱13的预设倾斜角度，再通过与修正角度相结合可获得第一立柱11、第二立柱12以及第三立柱13的实时倾斜角度，再根据实时倾斜角度换算得到各个调载舱室所需的加载量或排载量，以使第一立柱11、第二立柱12以及第三立柱13处于平稳状态。
[0045]
优选的，在浮式风电装备的用海范围内设有至少2个传感器，以有效测量海流的流速及流向，并且，传感器可自带太阳能发电装置或其他自发电装置以及无线传输装置，以保证传感器能够自身用电需求并向浮式风电装备无线传输数据。
[0046]
另外，需要补充说明的是，本系统结合机位点潮流流向往复特征明显的特点，利用传感器测量海流的流向和流速大小，根据设计分析得出的不同流速、不同流向下浮式平台1各立柱调载舱室的调载量，由调载系统2控制浮式平台1各立柱调整舱室23的加载或排载，从而使浮式平台1在不同流速、不同流向下始终处于平衡状态，从而减少由潮流引起浮式平台1的倾斜现象。同时也减少了本系统的拉力负荷，提高浮式风电装备的稳定性和可靠性，从而提高浮式风电装备的发电量。
[0047]
需要进行说明的是，本技术文件中提到的第一立柱11和第二立柱12以及第三立柱13、第一部和第二部以及第三部，其中，第一和第二以及第三只是为了区分位置的不同，并没有先后顺序之分。
[0048]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。本发明所提供的所有实施例的任意组合方式均在此发明的保护范围内，在此不做赘述。
[0049]
以上对本发明所提供的基于潮流影响的浮式风电装备开环动态调载系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。