一种海上风电减摇平台

技术领域

本发明涉及海上风电平台技术领域，具体为一种海上风电减摇平台。

背景技术

海洋能是重要的可再生能源，海洋能的开发和利用是保障能源安全、保护生态环境、应对气候变化问题的客观要求，符合我国海洋强国需求。海洋能中的风能具有分布广泛、能量密度大、发电效率高、有效时间长和对环境影响小等优点。其在社会经济和环境层面的巨大潜力和战略附加值，使其成为将在脱碳过程中发挥关键作用的可再生能源之一。20世纪以来，政府提出建设“海洋强国”的战略目标，旨在提高对海洋的开发、利用、保护。与陆地相比，海上没有障碍物限制其路径，其风速和频率更高且更稳定，可带动海洋经济的大力发展。故我国政府对风能这一可再生能源的开发扶持力度的不断加大，国内各种风电设备都已经逐渐走向国产化。随着近海资源的开发趋于饱和，其开发也从近海逐渐向深远海进军。海上风电资源逐渐被开发利用，基于浮动结构而非固定结构的浮动海上风电提供了新的机会和替代方案。它允许将风力涡轮机部署在更大、更深、具有更高风能的深海区域，从而为更远的离岸站点打开了大门，使得深远海风电资源的开发有了可能。

在台风条件下，极端恶劣的风浪环境会给浮式风机的生存带来巨大威胁，引发结构疲劳、系泊断裂、主体破坏甚至平台倾覆。因此，保证浮式风机在风浪作用下的稳定性，对保证浮式风机的工作效益和作业安全具有重要意义。以提升浮式风机在风浪环境中的运动稳定性和抗台风性能为目标，达到降本增效的目的，需要通过创新技术手段和科学设计，一方面，保障浮式风机处于高效的作业状态，增加风电机组的发电效益；另一方面，减少浮式风机排水量和系泊缆索数量方面过度冗余的需求，来有效降低浮式基础和系泊系统的建造、安装和运维成本。与传统海洋石油平台采用的解决方案类似，浮式风机当前主要通过增大浮式基础排水量和系泊缆索数量，来增强风机在风浪中的稳定性，但这也导致了其建造成本的急剧增加，浮式基础和系泊系统的制造成本约占浮式风机总成本的30％。

近年来，采用调谐液柱阻尼器(TLCD)技术的浮动结构减振已经引起了海洋工程领域学者们的广泛重视。TLCD通过提供与外场荷载相反相位的内部荷载(反向作用力)，在一定程度上抑制浮式结构在风浪中的运动响应，起到提升浮式结构抵御风浪能力的作用。

一些学者提出构想，将TLCD安装于风机的浮式基础，并开展了一系列的研究，研究了TLCD对张力腿浮式风机的减振作用效果，发现TLCD对浮式基础纵荡运动的抑制有明显效果。研究所关注的TLCD主要为被动式阻尼器，而浮式风机常年系泊于深远海域，海洋动力环境复杂多变，被动式TLCD的减摇效果有限。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种海上风电减摇平台，通过主动调控液体载量，实时适应海洋环境，提高了平台的稳定性、抗风浪和抗台风能力，同时降低建设成本和提高了发电效率。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种海上风电减摇平台，包括：

浮动基础，用于支撑平台的上部结构；

系泊系统，用于系泊和稳定浮式基础；

储液舱，所述储液舱至少为三个，多个所述储液舱嵌于浮动基础内部；

液流管路，所述液流管路连接相邻两个储液舱，多个所述液流管路将多个储液舱串联；

储液流动装置，多个所述储液流动装置分别设置于多个液流管路内部，用于分别调节多个储液舱的载液量；

气动管路，多个所述气动管路分别将多个储液舱并联至气压阀控；

主动控制系统，配置在平台上，用于监测平台的运动数据并分别控制多个储液舱的载液量。

优选的，所述浮动基础包括浮箱，所述浮箱上侧固定连接有多个立柱，多个所述储液舱分别设置于多个立柱内，多个所述立柱上侧通过支撑平台相连，所述支撑平台用于安装风力发电机本体，所述液流管路设置在浮箱内，所述气动管路设置于支撑平台内。

优选的，所述储液流动装置包括两个反向设置的螺旋桨，两个所述螺旋桨分别设置于液流管路内部，两个所述螺旋桨分别通过主动控制系统控制其启停以及转速。

优选的，所述主动控制系统包括：

传感器组件，用于接收和处理浮动基础运动数据；

计算控制单元，用于根据传感器组件的数据预测控制力大小并发出控制信号；

伺服电机，多个所述伺服电机分别连接多个螺旋桨，用于根据计算控制单元的控制信号控制螺旋桨转动。

优选的，所述传感器组件包括倾角传感器和加速度传感器。

优选的，所述储液舱内均设置有容积调节机构，用于根据平台的运动来调节储液舱的载液量，进一步减小平台的摇晃幅度。

优选的，所述容积调节机构包括活塞板，所述活塞板滑动连接在储液舱内壁，所述储液舱上侧固定连接有伸缩装置，所述伸缩装置连接在活塞板一侧，用于带动活塞板在储液舱内滑移，所述活塞板将储液舱内腔分隔为第一储腔和第二储腔，所述第一储腔和第二储腔之间通过调节管连接，所述调节管设置在储液舱外部。

优选的，所述伸缩装置与计算控制单元相连，用于根据平台的运动来调节储液舱的载液量。

本发明提供了一种海上风电减摇平台。具备以下有益效果：

1、本发明通过主动调控液体载量，实时适应海洋环境，提高了平台的稳定性、抗风浪和抗台风能力，同时降低了建设成本和提高了发电效率。

2、本发明主动控制系统通过不断分析运动数据和计算控制力，会具有一定的自适应性，能够根据不同情况调整控制策略，能够迅速响应平台的运动情况。

3、本发明容积调节机构可以根据传感器组件获取的平台运动数据来进行调节，以实现对平台摇晃幅度的进一步控制。如果平台倾斜或发生加速度变化，容积调节机构可以增加储液舱内的液体容积，从而增加平台的稳定性。如果平台处于平衡状态或受到较小的运动干扰，容积调节机构可以减少储液舱内的液体容积，以防止液体流动过多引起过度阻尼。容积调节机构能够实时响应平台的运动情况，根据不同的运动状态调整液体容积，从而在不同情况下保持平台的稳定性。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的储液舱连接示意图；

图3为本发明的储液流动装置示意图；

图4为本发明的主动控制系统结构示意图；

图5为本发明的传感器组件结构示意图；

图6为本发明的容积调节机构示意图。

其中，10、浮动基础；11、浮箱；12、立柱；13、支撑平台；20、系泊系统；30、储液舱；31、第一储腔；32、第二储腔；40、液流管路；50、储液流动装置；60、气动管路；61、气压阀控；70、主动控制系统；71、传感器组件；711、倾角传感器；712、加速度传感器；72、计算控制单元；73、伺服电机；80、容积调节机构；81、活塞板；82、伸缩装置；83、调节管。

具体实施方式

下面将结合本发明说明书附图，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。

请参阅附图1-附图6，本发明实施例提供一种海上风电减摇平台，该平台采用了新型TLCD主动减摇系统，用于提高浮式风机的抗风浪和抗台风性能，同时降低建设成本和提高效率。

具体的，该平台包括：

浮动基础10，用于支撑平台13的上部结构；

系泊系统20，用于系泊和稳定浮式基础，将平台稳定地系泊在海洋上，以保证平台的稳定性；

储液舱30，储液舱30至少为三个，多个储液舱30嵌于浮动基础10内部；

液流管路40，液流管路40连接相邻两个储液舱30，多个液流管路40将多个储液舱30串联，设计允许液体在不同储液舱30之间流动，从而形成一种液体的运动系统；

储液流动装置50，多个储液流动装置50分别设置于多个液流管路40内部，用于分别调节多个储液舱30的载液量；

气动管路60，多个气动管路60分别将多个储液舱30并联至气压阀控61；

主动控制系统70，配置在平台上，用于监测平台的运动数据并分别控制多个储液舱30的载液量，通过实时控制液体载量，能够实时调整平台的运动，使其与风浪运动趋势相反，从而大幅减小平台的摇摆幅度，提高抗风浪和抗台风性能。

本实施例方案中，当海洋风浪作用于平台时，平台会产生运动。主动控制系统70通过监测平台的运动数据，能够预测平台的运动趋势。根据这些数据，主动控制系统70会通过调节储液流动装置50来改变储液舱30的液体载量。通过改变液体的分布，平台的重心会发生变化，从而调整平台的运动特性。这种调整可以使平台的运动与外部风浪的运动趋势相抵消，从而减少平台的运动幅度和频率。

本发明实施例提供了一种创新的海上风电减摇平台，通过主动调控液体载量，实时适应海洋环境，提高了平台的稳定性、抗风浪和抗台风能力，同时降低了建设成本和提高了发电效率。

一个实施例中，浮动基础10包括浮箱11，浮箱11上侧固定连接有多个立柱12，多个储液舱30分别设置于多个立柱12内，多个立柱12上侧通过支撑平台13相连，支撑平台13用于安装风力发电机本体，液流管路40设置在浮箱11内，气动管路60设置于支撑平台13内；

本实施例方案中，浮动基础10由浮箱11和多个立柱12组成。浮箱11是平台底部的浮动结构，为平台提供浮力，使平台能够浮在海面上。多个立柱12固定连接在浮箱11的上侧，起到连接浮箱11和支撑平台13的作用；多个立柱12的上侧通过支撑平台13相连。支撑平台13用于安装风力发电机的本体，即风机的主要设备部分。

一个实施例中，储液流动装置50包括两个反向设置的螺旋桨，两个螺旋桨分别设置于液流管路40内部，两个螺旋桨分别通过主动控制系统70控制其启停以及转速；

本实施例方案中，两个螺旋桨通过主动控制系统70控制其启停和转速。主动控制系统70监测平台的运动数据，并根据实时数据来调整螺旋桨的工作状态。这意味着主动控制系统70能够根据平台的运动情况，实时地调整液体的流动，以实现对平台运动的调节。当主动控制系统70监测到平台的运动数据时，它可以判断平台当前的摇摆情况。如果平台倾斜向一侧，主动控制系统70可以通过控制一个螺旋桨的启动，使液体流向另一侧，从而使平台的重心发生变化，抵消平台的倾斜。通过控制两个螺旋桨的启停和转速，主动控制系统70能够实现平台的稳定运动。

一个实施例中，主动控制系统70包括：

传感器组件71，用于接收和处理浮动基础10运动数据，传感器组件71可以包括加速度计、陀螺仪、倾角传感器711等，用于监测平台的倾斜角度、摇摆幅度、慢漂幅度等运动情况；

计算控制单元72，用于根据传感器组件71的数据预测控制力大小并发出控制信号，基于运动数据的分析，计算控制单元72能够预测所需的控制力大小。这些控制力可以通过调整液体流动来实现对平台的稳定控制；

伺服电机73，多个伺服电机73分别连接多个螺旋桨，用于根据计算控制单元72的控制信号控制螺旋桨转动，根据计算控制单元72发出的控制信号，伺服电机73可以调整螺旋桨的转速和方向，从而实现对液体流动的调节。

本实施例方案中，传感器组件71监测平台的运动数据，将这些数据传输给计算控制单元72。计算控制单元72分析运动数据，预测平台的倾斜情况和所需的控制力大小。然后，它发出控制信号，传达给伺服电机73。伺服电机73根据控制信号调整螺旋桨的转动，从而改变液体的流动，实现对平台的稳定控制。通过不断分析运动数据和计算控制力，主动控制系统70具有一定的自适应性，能够根据不同情况调整控制策略，能够迅速响应平台的运动情况。

一个实施例中，传感器组件71包括倾角传感器711和加速度传感器712；

本实施例方案中，倾角传感器711用于监测浮动基础10的倾斜角度，即浮式风机平台的倾斜情况。倾角传感器711能够测量平台相对于水平面的倾斜角，从而提供平台摇摆和慢漂运动的信息。在这个实施例中，加速度传感器712用于监测浮动基础10的加速度变化，即浮式风机平台的加速度情况。加速度传感器712能够感知平台的加速度，包括纵向、横向和竖向的加速度。

传感器组件71将这些运动数据传输给计算控制单元72，计算控制单元72分析数据并预测所需的控制力大小，然后发出控制信号，控制伺服电机73和螺旋桨的转动，实现对液体流动的调节。

一个实施例中，储液舱30内均设置有容积调节机构80，用于根据平台的运动来调节储液舱30的载液量，进一步减小平台的摇晃幅度；

本实施例方案中，容积调节机构80可以根据传感器组件71获取的平台运动数据来进行调节，以实现对平台摇晃幅度的进一步控制。如果平台倾斜或发生加速度变化，容积调节机构80可以增加储液舱30内的液体容积，从而增加平台的稳定性。如果平台处于平衡状态或受到较小的运动干扰，容积调节机构80可以减少储液舱30内的液体容积，以防止液体流动过多引起过度阻尼。容积调节机构80能够实时响应平台的运动情况，根据不同的运动状态调整液体容积，从而在不同情况下保持平台的稳定性。

一个实施例中，容积调节机构80包括活塞板81，活塞板81滑动连接在储液舱30内壁，储液舱30上侧固定连接有伸缩装置82，伸缩装置82连接在活塞板81一侧，用于带动活塞板81在储液舱30内滑移，活塞板81将储液舱30内腔分隔为第一储腔31和第二储腔32，第一储腔31和第二储腔32之间通过调节管83连接，调节管83设置在储液舱30外部；

本实施例方案中，当伸缩装置82收缩或伸展时，活塞板81会在储液舱30内滑动，从而改变储液舱30内第一储腔31和第二储腔32的容积比例。通过调整活塞板81的位置，可以通过调节管83使其中一个储腔的容积增加，而另一个储腔的容积减少，从而调节整个储液舱30的载液量。

一个实施例中，伸缩装置82与计算控制单元72相连，用于根据平台的运动来调节储液舱30的载液量；

本实施例方案中，计算控制单元72监测传感器组件71获取的平台运动数据，如倾斜角度和加速度变化。基于这些数据，计算控制单元72可以判断平台的当前运动状态，包括倾斜方向和幅度。根据判断结果，计算控制单元72可以发出相应的控制信号，通过连接的伸缩装置82来调整伸缩装置82的伸缩程度。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。