本发明专利技术涉及一种风力涡轮机结构,包括具有设置在其顶端的机舱的风力涡轮机塔架,具有一片或多片可转动地安装的风力涡轮机叶片的转子轮毂安装至机舱,由此构成转子平面。浮动地基安装至风力涡轮机塔架底部,变桨距系统和/或偏航系统用于调节风力涡轮机结构的位置。控制单元在两个轴向上检测风力涡轮机结构的相对运动,并激活变桨距系统或偏航系统来将风力涡轮机结构移动到平衡位置。这样减少了风力涡轮机结构的定向运动,使得其保持在稳定的平衡位置。这还减少了锚链的振动和张力。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种风力涡轮机结构,其包括:-具有顶端和底部的风力涡轮机塔架,-设置在风力涡轮机塔架顶端的机舱,-可转动地安装至机舱的转子轮毂,-一片或多片可变桨距风力涡轮机叶片,其具有尖端和安装至转子轮毂的叶根,-浮动地基,其具有安装至风力涡轮机塔架底部的上部,其中地基包括用于安装在海上位置的浮体,以及-具有多条悬链锚泊线的锚泊系统,锚泊系统连接至地基以及置于海床上的至少一个锚,其中风力涡轮机结构包括至少一个至少连接至变桨距系统的控制单元,该变桨距系统用于改变风力涡轮机叶片的桨距。本专利技术还涉及一种控制上述风力涡轮机结构的方法,其中该方法包括下列步骤:-在平均风速高于第一风速时,改变风力涡轮机叶片的桨距使其进入桨距角,其中变桨距由控制单元控制,并且-至少相对于水平面的预设位置,移动风力涡轮机结构。
技术介绍
众所周知,利用锚泊系统,使用若干长且重的链条连接置于海床上的锚以及从地基伸出的锚泊线,将浮动地基固定在所需位置。这种悬链锚泊系统利用重力和海床、锚与部分锚链之间的摩擦来将地基保持在限定区域内。由于作用在锚泊结构上的各种风力和海洋力(海浪和洋流),浮动地基能够相对于海床水平且垂直移离其初始位置。这种相对运动造成某些锚链张紧而其他锚链松弛,由此各条锚链的张力不同。在确定这种锚泊系统的大小和重量时,锚链由于运动产生的张力是重要因素。众所周知,这种低频谱的海洋力很可能与悬链锚泊系统和地基的固有频率共鸣,特别是移动链段接触和脱离海床(称之为颠簸)时,还引致锚链的增幅运动或振动。连续振动使得链条连接和各种其他链部件遭受由动态载荷引起的恒定磨耗。这缩短了锚泊系统的使用寿命。由于海水的腐蚀环境,使用寿命进一步被缩短。作用在锚泊结构上的海洋力还影响作用在转子轮毂上的合推力。在风速超过18-22m/s,例如20m/s时,这会成为问题。作用在转子平面上的风力取决于来风密度,在确定这种浮动地基的大小和重量时,它是重要因素。其主要问题在于,由于作用在转子轮毂上的合推力,风力涡轮机叶片的变桨距造成风力涡轮机单元的摆动倾斜或(相对于水平方向的)角转动。在风速超过10-14m/s,例如12m/s(也称为额定风速)时,这会成为问题。美国专利申请US2011/0037264A1公开了一种置于三角平台上的风力涡轮机,三角平台通过使用各自与锚连接的多条锚泊线固定至海床,锚置于海床上。其教导,由于作用在地基上的各种力,浮动地基能够相对于其初始位置移动,并由此改变各条锚泊线的张力。巨大的质量从每条锚泊线悬垂下来,以减小锚泊线相对于平台垂直方向的夹角,并提供了更为张紧的锚泊线。这种配重系统增加了结构的总成本,当其撞击海床时对锚链产生冲击载荷,并且如果海床的构成为软性的,其很可能卡在海床上。其还教导,浮动地基的运动对伸进海床的电缆产生显著的载荷和应力。这通过为电缆增加被动浮动元件,以形成缆圈来解决,这可使得结构移动而不损坏电缆。美国专利申请US2011/0037264A1还教导了,通过使用张紧系统将预紧力施加在每条锚泊线上,随后锁定张紧系统在该设定上。这种半张紧锚泊线意味着需要增加每个锚或锚块的大小和重量,由此增加结构的总成本,并需要更复杂更贵的方案。美国专利申请US2014/0044541A1公开了一种包括多个风力涡轮机的发电场,每台风力涡轮机置于通过可转动支撑臂连接浮标的浮动地基上,可转动支撑臂进一步包括允许地基和支撑臂绕浮标转动的铰链。位于地基底部的推进器用于相对浮标主动转动地基。在另一实施例中,地基通过三条各自连接至动滑轮的锚泊线固定至海床。动滑轮由用于调整风力涡轮机位置的控制器来主动控制,调整根据感测到的风向和风速进行。该文献并未提及是否使用位置传感器。美国专利申请US2011/0037264A1和US2014/0044541A1的方案设计为,通过将风力涡轮机移离紊流风,降低风力涡轮机发电场所承受的尾流效应,使得发电量提升。支撑臂和浮标的使用增加了整个系统的复杂性,并仅允许风力涡轮机相对于浮标做横向运动。在这种配置中,随着控制单元将风力涡轮机结构横向移离尾流效应,风力涡轮机由于刚性支撑臂,将会与浮标一起移动,上述配置将会为其带来额外的载荷。动滑轮需要将锚泊线张紧,这需要更大更重的锚,以便当风力涡轮机移动时,能够补偿锚泊线中增大了的张力。这样增加了整个系统的成本。类似的锚泊系统用于海上采气和石油工业,以固定海上平台和钻探设备;然而,这些结构上的风力载荷明显低于海上风力涡轮机上的风力载荷。欧洲专利申请EP2457818A1公开了一种降低浮动风力涡轮机结构振动的方法,其根据利用位置传感器测得的位移或实时速度,通过控制设置在浮动地基上的推进运行来实现。该文献并未涉及如何运行推进器,以抑制这些振动。此外,EP2457818A1教导了风力涡轮机叶片的变桨距控制与推进控制相互独立,这样不会对功率输出造成负面影响。专利技术目的本专利技术的目的在于提供一种浮动风力涡轮机配置,其抑制锚泊系统所产生的振动力。本专利技术的目的在于提供一种风力涡轮机,其实现了主动抑制作用在风力涡轮机结构上的动态力。本专利技术的目的在于提供一种主动调整风力涡轮机位置的方法,以抑制风力涡轮机结构的振动。
技术实现思路
术语“轴向运动”定义为相对初始位置,风力涡轮机沿x、y、z轴中的至少一根以任意方向的运动,例如位移。沿x轴的运动定义为垂直于由风力涡轮机叶片确定的旋转平面的运动(与盛行风向平行)。沿z轴的运动定义为平行于旋转平面的运动(垂直于盛行风向)。沿y轴的运动定义为平行于风力涡轮机塔架纵向的运动。x轴和z轴确定了水平面,该水平面用于确定风力涡轮机结构的位置,例如全球位置,同时x轴和y轴确定了风力涡轮机结构的垂直面。术语“风力涡轮机”定义为转子(转子轮毂和风力涡轮机叶片)、机舱、以及风力涡轮机塔架。术语“风力涡轮机结构”定义为风力涡轮机以及浮动地基。术语“平衡位置”定义为作用在风力涡轮机结构上的各种力和推力处于平衡的位置,并且风力涡轮机结构处于静态或准静态稳定。当确定相对力矩和各种力时,转子轮毂或地基与风力涡轮机塔架之间的安装接合点用作参照点。或者,所选锚泊线与地基之间的连接点可用作参照点。本专利技术的目的通过一种风力涡轮机结构来实现,其特点在于:-至少一个测量单元,连接至控制单元,并用于沿水平面上的至少一根轴测量风力涡轮机结构的轴向运动,控制单元用于相对于预设位置,确定风力涡轮机结构的相对运动,以及-控制单元还用于根据相对运动,通过调节作用在转子上的推力,在水平面内移动风力涡轮机结构,以抑制锚泊系统的振动。这样提供了能够至少在水平面内抑制风力涡轮机结构的动态或循环运动的海上风力涡轮机结构。水平面可由安装地点的平均水位来定义。这使得由动态力或循环力引起的风力涡轮机结构反向移位运动被抑制。风力涡轮机本身用于将额外的回复力施加在风力涡轮机结构上,这样稳定了风力涡轮机结构。在各种风、海浪和洋流条件下,这样保持风力涡轮机结构稳定并减小动态载荷。如果使用传统的被动锚泊系统,通过增大浮动地基的体积、为浮动地基增加压舱物、或增大锚泊线的张力,以将回复力引导到风力涡轮机结构。不同于美国专利申请US2014/0044541A1,本专利技术利用作用在转子上的推力主动抑制风力涡轮机结构的相对运动。本文档来自技高网...
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【技术保护点】
一种风力涡轮机结构,其包括:‑具有顶端和底部的风力涡轮机塔架,‑设置在风力涡轮机塔架顶端的机舱,‑可转动地安装至机舱的转子轮毂,‑一片或多片可变桨距风力涡轮机叶片,其具有尖端和安装至转子轮毂的叶根,‑浮动地基,其具有安装至风力涡轮机塔架底部的上部,其中地基包括用于安装在海上位置的浮体,以及‑具有多条悬链锚泊线的锚泊系统,锚泊系统连接至地基以及至少一个置于海床上的锚,‑其中风力涡轮机结构包括至少一个至少连接至变桨距系统的控制单元,所述变桨距系统用于改变风力涡轮机叶片的桨距,其特征在于‑至少一个测量单元,连接至控制单元,并用于沿水平面上的至少一根轴测量风力涡轮机结构的轴向运动,控制单元用于相对于预设位置,确定风力涡轮机结构的相对运动,以及‑控制单元还用于根据相对运动,通过调整作用在转子上的推力,在水平面内移动风力涡轮机结构,以抑制锚泊系统的振动。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.14 DK PA2014702131.一种风力涡轮机结构,其包括:-具有顶端和底部的风力涡轮机塔架,-设置在风力涡轮机塔架顶端的机舱,-可转动地安装至机舱的转子轮毂,-一片或多片可变桨距风力涡轮机叶片,其具有尖端和安装至转子轮毂的叶根,-浮动地基,其具有安装至风力涡轮机塔架底部的上部,其中地基包括用于安装在海上位置的浮体,以及-具有多条悬链锚泊线的锚泊系统,锚泊系统连接至地基以及至少一个置于海床上的锚,-其中风力涡轮机结构包括至少一个至少连接至变桨距系统的控制单元,所述变桨距系统用于改变风力涡轮机叶片的桨距,其特征在于-至少一个测量单元,连接至控制单元,并用于沿水平面上的至少一根轴测量风力涡轮机结构的轴向运动,控制单元用于相对于预设位置,确定风力涡轮机结构的相对运动,以及-控制单元还用于根据相对运动,通过调整作用在转子上的推力,在水平面内移动风力涡轮机结构,以抑制锚泊系统的振动。2.根据权利要求1所述的风力涡轮机,其特征在于,控制单元用于在第一方向和第二方向上确定相对运动。3.根据权利要求1或2所述的风力涡轮机,其特征在于,控制单元用于将相对运动与至少一个阈值进行比较,其中如果相对运动超过所述阈值,控制单元用于调整作用在转子上的推力。4.根据权利要求1-3中任一项所述的风力涡轮机,其特征在于,控制单元用于根据相对运动确定最佳桨距角。5.根据权利要求1-4中任一项所述的风力涡轮机,其特征在于,控制单元还连接至偏航系统,用于相对风力涡轮机塔架偏航机舱和转子,其中控制单元用于根据相对运动确定最佳偏航角。6.根据权利要求1-5中任一项所述的风力涡轮机,其特征在于,所述测量单元相对于锚泊系统布置,并且控制单元还用于确定至少:-至少一条锚泊线的张力,-所述至少一条锚泊线的角度,或-所述至少一条锚泊线的弹性回复,例如相对运动。...
【专利技术属性】
技术研发人员:迈克尔·弗里德里希,鲁尼·鲁巴克,
申请(专利权)人:远景能源江苏有限公司,
类型:发明
国别省市:江苏;32
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