浮动式风力涡轮机安全系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种风力涡轮机安全系统，并且具体地涉及一种浮动式风力涡轮机安全系统。
【背景技术】
[0002]有效地利用风能以产生电能的风力涡轮机作为针对用于产生电能的传统方法而言的替代能源而正变得越来越流行。为了产生适当量的电能，风力涡轮机通常共同定位在被称为风力发电厂的大型群组中。风力发电厂在大小方面可以从数十个风力涡轮机到最多数百个风力涡轮机，或甚至在未来达到数千个。
[0003]传统上，风力发电厂已定位在陆地上的区域中，所述区域具有适于连续产生电能的可用风能。然而，随着更多风场建立，陆地上的提供适当风流(例如不受到山地、树林、建筑物等影响的风流)以允许连续级别的电能产出的适当场所逐渐变少。
[0004]因此，目前存在将风场离岸地定位的趋势，例如定位在大洋中、海中、湖中等。这样做具有多个优点，因为风流由于其远离人口稠密区域和障碍物而通常不受干扰。
[0005]当前，风力涡轮机具有非常大型且沉重的结构，所述结构需要稳定的基础。这通常对于定位在陆地上的风力涡轮机而言不成问题，但是对于离岸地定位的风力涡轮机提出挑战。
[0006]在浅水中，每个风力涡轮机可以安装在海床上或在海床中具有基础，尽管在物流方面而言，将涡轮机安装到海床仅在相对较浅的水中(例如最多30米的水深)成为可能。然而，最多30米的水深通常是靠近岸边和靠近大型城市地定位的离岸位置，海床趋向于非常急剧地下落到大于100米的深度(例如美国东海岸)。
[0007]因此，期望能够将风力涡轮机进一步离岸地浮动到无法将风力涡轮机安装在海床上的位置或浮动到不可能在海床中提供基础的较靠近岸边的位置。
[0008]因此，存在将风力涡轮机安装在浮动式平台上的趋势。
[0009]浮动式风力涡轮机将会受到作用在其上的各种力(例如风、风力涡轮机启动时的附加力、波浪以及水的运动等)的影响。至关重要的是，保持浮动式风力涡轮机基本上竖直并且处于安全容限内。浮动式平台通常具有用于监控平台运动的机构以确保平台运动处于安全容限内。
[0010]然而，发明人已确认需要将安全控制系统结合到涡轮机自身中以独立地运作或与平台安全系统结合地运作。
【发明内容】
[0011]本发明旨在至少部分地解决此前描述的某些或所有的需求和缺点。
[0012]根据本发明的第一方面，提供一种用于操作浮动式风力涡轮机中的安全系统的方法，其中浮动式风力涡轮机包括一个或多个传感器，并且所述方法包括以下步骤:接收来自传感器的前后倾斜信号，其中前后倾斜信号指示出浮动式风力涡轮机在前后方向上的倾斜；接收来自传感器的左右两侧倾斜信号，其中左右两侧倾斜信号指示出浮动式风力涡轮机在左右两侧方向上的倾斜；以及基于前后倾斜信号和左右两侧倾斜信号中的任一或两者更改浮动式风力涡轮机的操作参数。
[0013]本发明因此有利地允许安全系统在浮动式风力涡轮机中实施，其中风力涡轮机的操作参数基于风力涡轮机的倾斜而更改。一个或多个传感器可以是任意一个或多个传感器，例如翻滚传感器和/或俯仰传感器，所述一个或多个传感器能够测量风力涡轮机的倾斜并且可以是用于该目的的单独的装置或与其他装置结合、或作为其他装置的一部分，所述其他装置诸如激光检测和测距(LiDAR)装置。
[0014]所述方法可以在硬件、软件或其任意组合中实施。所述方法可以通过浮动式风力涡轮机中的一个或多个控制器来实施。
[0015]针对风力涡轮机而言，前后方向可以被认为是从机舱的前部(轮毂和叶片被安装在所述前部上)到机舱的后部的直线的向前/向后方向。因此，随着机舱偏航，前后方向跟随机舱，以使得其总是被认为是相对于机舱的前部的向前/向后方向。
[0016]左右两侧方向可以被认为是垂直于前后方向的方向，并且再次地，随着机舱偏航，左右两侧方向跟随机舱。
[0017]所述方法还可以包括以下步骤:将前后倾斜信号和/或左右两侧倾斜信号与预先定义的阈值相比较；以及在前后倾斜信号和/或左右两侧倾斜信号大于预先定义的阈值的情况下更改浮动式风力涡轮机的操作参数。
[0018]因此，风力涡轮机在前后方向和/或左右两侧方向上的倾斜可以与预先定义的阈值相比较以确定是否更改风力涡轮机的操作参数。预先定义的阈值可以是用于浮动式风力涡轮机的规定安全限值。阈值可以是从竖直到水平平面的角度。
[0019]所述方法还可以包括以下步骤:基于前后倾斜信号和左右两侧倾斜信号而确定用于浮动式风力涡轮机的总体倾斜信号；将用于浮动式风力涡轮机的总体倾斜信号与预先定义的阈值相比较；以及在总体倾斜信号大于预先定义的阈值的情况下更改浮动式风力涡轮机的操作参数。
[0020]因此，所述方法可以通过将前后倾斜信号和左右两侧倾斜信号两者相结合或通过估算前后倾斜信号和左右两侧倾斜信号两者来确定用于风力涡轮机的总体倾斜值。风力涡轮机的总体倾斜可以接下来与预先定义的阈值相比较以确定是否更改风力涡轮机的操作参数。预先定义的阈值可以是用于浮动式风力涡轮机的规定安全限值。阈值可以是从竖直到水平平面的角度。
[0021]预先定义的阈值还可以定义针对风力涡轮机的倾斜而言的边界形状。例如，边界可以定义为椭圆形，因为风力涡轮机的运动可以反映或对应于椭圆路径。因此，倾斜可以与所定义的边界相比较以确定风力涡轮机是否大于规定安全限值地倾斜。
[0022]预先定义的阈值可以基于条件和力等而更改，所述条件和力等在风力涡轮机的位置处影响风力涡轮机并且可以例如基于预测数据、条件模型、历史数据、在风力涡轮机已被布署后的实际数据等中的一个或多个。
[0023]所述方法还可以包括以下步骤:更改预先定义的阈值。预先定义的阈值能够取决于在风力涡轮机的位置处作用在风力涡轮机上的条件和力、或由于季节性变化而在任意时间更改。预先定义的阈值可以由风力涡轮机中的控制器自动地更改。在这种情况下，控制器可以参照预先定义的阈值和条件的查询表格以便自动地选择适当的预先定义的阈值。
[0024]所述方法还可以包括以下步骤:基于影响浮动式风力涡轮机的预测条件、影响浮动式风力涡轮机的实际条件以及影响浮动式风力涡轮机的历史条件中的一个或多个而确定预先定义的阈值。
[0025]更改浮动式风力涡轮机的操作参数的步骤还包括以下步骤:初始化浮动式风力涡轮机的停机。
[0026]因此，如果风力涡轮机的倾斜大于预先定义的阈值，则可以更改风力涡轮机的操作参数，所述更改可以包括出于安全原因而初始化风力涡轮机的停机以防止风力涡轮机进一步倾斜并且最终翻倒。附加地或替代地，可以更改风力涡轮机的其他操作参数以应对风力涡轮机的倾斜，所述更改例如经由桨距控制系统来更改涡轮机叶片的桨距以降低风力涡轮机上的载荷/力、经由偏航控制系统来更改机舱的方向以减小风力涡轮机上的载荷/力等。
[0027]传感器可以包括第一倾斜计和第一加速度计，以及所述方法可以包括以下步骤:接收来自第一倾斜计的第一倾斜信号，其中第一倾斜信号指示出浮动式风力涡轮机在前后方向上的倾斜；接收来自第一加速度计的第一加速度信号，其中第一加速度信号指示出浮动式风力涡轮机在前后方向上的加速度；以及基于接收到的第一倾斜信号和第一加速度信号而确定前后倾斜信号。
[0028]传感器可以是用于确定在前后方向上的倾斜的俯仰传感器或其他传感器。传感器可以包括倾斜计和加速度计。倾斜信号可以从倾斜计接收，所述倾斜计指示出浮动式风力涡轮机在前后方向上的倾斜。倾斜是一种针对浮动式风力涡轮机由于作用在浮动式风力涡轮机上的力和运动而可能不是静止的、或以恒定速度移动的表象。因此由倾斜计测量出的倾斜可能是理论上的倾斜。接下来，为了考虑到作用在浮动式风力涡轮机上的力和运动，从与在前后方向上的加速度有关的加速度计接收加速度信号。接下来，对应于浮动式风力涡轮机在前后方向上的实际倾斜(或其恰好的近似)的前后倾斜信号能够基于接收到的在前后方向上的倾斜信号和加速度信号而确定。
[0029]传感器还可以包括第二倾斜计和第二加速度计，以及所述方法可以包括以下步骤:接收来自第二倾斜计的第二倾斜信号，其中第二倾斜信号指示出浮动式风力涡轮机在左右两侧方向上的倾斜；接收来自第二加速度计的第二加速度信号，其中第二加速度信号指示出浮动式风力涡轮机在左右两侧方向上的加速度；以及基于接收到的第二倾斜信号和第二加速度信号而确定左右两侧倾斜信号。
[0030]传感器可以是用于确定在左右两侧方向上的倾斜的翻滚传感器或其他传感器。传感器可以包括倾斜计和加速度计。倾斜信号可以从倾斜计接收，所述倾斜计指示出浮动式风力涡轮机在左右两侧方向上的倾斜。倾斜是一种针对浮动式风力涡轮机由于作用在浮动式风力涡轮机上的力和运动而可能不是静止的、或以恒定速度移动的表象。因此由倾斜计测量出的倾斜可以被认为是理论上的倾斜。接下来，为了考虑到作用在浮动式风力涡轮机上的力和运动，从与在左右两侧方向上的加速度有关的加速度计接收加速度信号。接下来，对应于浮动式风力涡轮机在左右两侧方向上的实际倾斜(或其恰好的近似)的左右两侧倾斜信号能够基于接收到的在左右两侧方向上的倾斜信号和加速度信号而确定。
[0031]第一和第二倾斜计可以是相同的倾斜计或不同的倾斜计。类似地，第一和第二加速度计可以是相同或不同的加速度计。
[0032]确定前