[發明專利]用于浮式風力渦輪機結構的控制系統

有效

• 申請號: 201680091223.0
• 申請日: 2016-11-29
• 公開（公告）號: CN110192028B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 費恩·貢納爾·尼耳森;比約恩·斯科拉
• 申請（專利權）人: 海文德股份公司
• 主分類號: F03D13/25
• 分類號: F03D13/25;B63B21/50;B63B35/44;F03D7/02;F03D7/04;G05D1/00
• 代理公司: 北京市磐華律師事務所 11336
• 代理人: 董巍;劉明霞

一種控制浮式風力渦輪機結構的渦輪機以減小其系泊設備的疲勞的方法，所述方法包括基于風力渦輪機結構的縱搖運動，以及基于相對于風力渦輪機結構的系泊設備的方向在風力渦輪機結構處的風力方向削減渦輪機。可選地，所述削減可以進一步基于風力渦輪機從參考位置位移的程度。

技術領域

本發明涉及一種用于浮式風力渦輪機結構的控制系統。

背景技術

風力渦輪機結構通常由包括細長塔架的支撐結構，以及附接至支撐結構的上端的機艙和轉子形成。發電機及其相關聯的電子器件通常位于機艙中。

固定至陸地或海床的固定基座式風力渦輪機已建立完善。然而，最近期望改進浮式風力渦輪機，并且已經提出了各種各樣的結構。一個示例為將傳統的風力渦輪機結構安裝在諸如浮力平臺或筏狀結構的浮式基座上的風力渦輪機結構。另一提議為“柱形浮標”型結構。這種結構由在頂部安裝有轉子的細長浮力支撐結構形成。支撐結構可以是整體結構，或者基座部分可以形成為在其上安裝有標準塔架的細長下層結構。

當浮式風力渦輪機結構受諸如那些由風速或水流的改變引起的力的作用時，整體結構在水中移動。這些運動可能具有高振幅但具有相對低的頻率，即，它們是大的慢速運動——這些運動是低頻率的，因為在它們比渦輪機本身的旋轉頻率低得多。

風力渦輪機結構所經歷的運動被描述為“垂蕩”，即線性垂直(上/下)運動，“橫蕩”，即線性橫向(側對側)運動，“縱蕩”，即線性縱向(前/后)運動，“橫搖”，即本體繞其水平(前/后)軸線的旋轉，“縱搖”，即本體繞其橫向(側對側)軸線的旋轉，以及“艏搖”，即本體繞其垂直軸線的旋轉。

浮式風力渦輪機結構通常通過一個或多個具有錨的系泊線系泊至海床，以約束這些運動。傳統的用于浮式風力渦輪機的系泊系統設計是基于在海洋氣象學設計基礎上制定的疲勞極限狀態(FLS)和最終極限狀態(ULS)載荷情況的仿真，并且使用來自相關標準的相應的安全系數以說明不確定性。然而，這些安全系數考慮到了與來自海洋設計基礎的環境載荷相關的不確定性，系泊設備通常明顯地過度設計以用于實際運行情況。

已提出在某些裝置中利用推進器抵消風力渦輪機結構的浮式基座的運動，并且因此減小系泊設備上的載荷。然而，仍然存在對于減小系泊設備載荷中的不確定性的代替或改進方法的需求。

發明內容

本發明提供了一種控制浮式風力渦輪機結構的渦輪機的方法，優選地以減小其系泊設備的疲勞，方法包括基于風力渦輪機結構的運動，優選地為縱搖運動，以及相對于風力渦輪機的系泊設備的方向在風力渦輪機結構處的風力方向來削減渦輪機。

風力渦輪機結構的振蕩運動和風力的方向被認為是對風力渦輪機結構的系泊結構的疲勞壽命具有顯著影響的兩個系數。縱搖運動在渦輪機上存在振蕩載荷時發生，例如由于風速變化和/或波浪載荷，這繼而引起系泊中的振蕩載荷。在這些運動連同系泊設備上已有的重載荷一起發生的情況下，這可以顯著增加系泊設備中的疲勞。風力方向影響系泊結構如何受載。例如，不利的風力方向可能將載荷中的大部分加至單個系泊線上，反之更有利的風力方向可能將其分散在兩個系泊線之間。

通過監控運行期間的風力渦輪機結構的運動(尤其是縱搖運動，這對風力載荷有指示性，并且同樣與波浪載荷強相關)和風力方向，并且在它們不利時削減風力渦輪機(因此減小風力渦輪機結構上的氣動轉子推力)，可以顯著減小風力渦輪機結構的系泊設備中的載荷和疲勞，從而增加其運行壽命。

此外，通過提供這種形式的控制，可以在風力渦輪機結構的設計階段使用更低的安全系數，因為在不利條件下渦輪機將能夠減小功率輸出(以及之后的載荷)，意味著系泊結構不需要設計為在最壞條件下以最大功率輸出承受最大載荷。

風力渦輪機結構優選地包括浮式基座、從浮式基座延伸的塔架以及安裝至塔架的渦輪機。渦輪機優選地包括通常在機艙內的轉子和發電機。風力渦輪機結構可以設置有系泊設備，諸如從風力渦輪機結構延伸至海床以保持風力渦輪機的位置的懸鏈式系泊設備。