【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及海上漂浮式风电，特别涉及一种基于环境预测修正的漂浮式风电场中漂浮式风机运动监测系统及方法。
技术介绍
1、根据全球风能理事会(gwec)预测，漂浮式海上风电从2026年起将进入吉瓦级商业化装机阶段，到2030年，全球漂浮式海上风电装机容量可达1650万千瓦，漂浮式海上风电场具有广阔的发展前景。在复杂的海洋环境中，漂浮式风机长期受到风浪流不规则耦合作用，生存面临巨大的挑战，需要对漂浮式风机的运行状态进行全生命周期监测。
2、现阶段漂浮式风机采用整套传感器监测系统监测风机、浮体及系泊的运行情况。通过对一段时间的监测数据进行处理，分析漂浮式海上风电整体动态响应，通过风机变桨或调整基础漂浮姿态使得漂浮式机组处于相对稳定的发电状态。
3、对于度电成本较高的漂浮式风电场，多套传感器监测系统会带来额外的成本。另外通过漂浮式风机自身监测的数据不利于控制系统对恶劣环境做出及时响应。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的问题，本公开提供一种用于漂浮式风电场的、基于环境预测修正的漂浮式风机运动监测系统，实现对风电场环境及外围风机运动监测；
2、同时，本公开还提供一种用于漂浮式风电场的漂浮式风机运动监测方法，通过对风电场内部环境传感器、与外围漂浮式风机自身传感器监测数据的预测修正，实现对风电场内部漂浮式风机的无传感器运动监测。
3、上述漂浮式风电场包括：若干风机和安装风机的若干个半潜平台，其中，风机安装在半潜平台的中间柱或侧柱上，半潜平台通过
4、本公开提供的基于环境预测修正的漂浮式风机运动监测系统，包括：环境测量装置、信息传输与控制中心；其中：
5、环境测量装置包括：测风装置、波浪传感器，其中：
6、测风装置安装在风机机舱顶部，用于测量风速的大小和方向；
7、波浪传感器包括：固定式波浪传感器和漂浮式波浪传感器，其中，固定式波浪传感器安装在风电场外围风机的半潜平台侧柱上，漂浮式波浪传感器安装在风电场内部风机之间，均用于测量波浪参数；
8、信息传输与控制中心用于接收所述环境测量装置的数据，并基于波浪传递与叠加原理，进行风电场内风浪参数的修正计算，进而将计算结果对应预置的全工况风浪条件下的风机运动响应数据，得到当前风浪条件下风电场内漂浮式风机的运动状态。
9、进一步的，所述测风装置采用测风雷达。
10、进一步的，所述系统还包括：六自由度倾角及加速度传感器，用于测量半潜平台六个方向的运动。
11、本公开提供的应用上述系统的漂浮式风机运动监测方法，包括以下步骤：
12、s1，通过所述环境测量装置，获取传感器所在位置的风浪参数；然后基于波浪传递与叠加原理，利用风电场内部漂浮式波浪传感器与外围固定式波浪传感器的监测数据，对目标风机位置的风浪参数进行修正计算；
13、s2，将计算出的目标风机位置的风浪参数，对应预置的全工况风浪条件下的漂浮风机运动响应数据，得到当前风浪条件下风电场内漂浮式风机的运动状态。
14、进一步的，所述步骤s1具体包括：
15、s11，利用测风装置，获取t0时刻风电场的风资源参数；
16、s12，利用固定式波浪传感器，获取风电场外围t0时刻的波浪参数；
17、s13，根据固定式波浪传感器与漂浮式波浪传感器的距离l1和波速，计算波浪从风电场外围传递到内部风机之间的漂浮式波浪传感器经过的时间△t1；
18、s14，通过内部风机之间的漂浮式波浪传感器监测，得到风电场内部波浪t0+△t1时刻的参数；
19、s15，计算波浪从风电场外围经过△t1的时间传递之后，在风电场内部的衰减系数；
20、s16，根据漂浮式波浪传感器与目标机位的距离l2和波速，计算波浪从漂浮式波浪传感器到目标机位经过的时间△t2；
21、s17，考虑上述衰减系数，根据波浪传递与叠加原理，得到t0+△t1+△t2时刻目标风机位置的风与波浪参数。
22、进一步的，所述步骤s17具体方法包括：
23、对于在同一点叠加的n列波，每列波的位移可表示为：
24、yi＝aisin(kix-ωit+φi)
25、其中，i从1到n，表示第i列波，ai为第i列波的振幅，ki为波数，ωi为角频率，φi是相位差，x是位置，t是时间；
26、n列波叠加后的总位移y是所有单列波位移的量和：
27、
28、如果每列波的频率相同，即ω1＝ω2＝...＝ωn，则使用三角恒等式将上述总和转换为单一的正弦函数处理，即：
29、(1)将每一项的正弦函数展开为复指数形式：
30、
31、(2)将所有项相加：
32、
33、(3)将总和转换为复数形式的模和相位：
34、
35、
36、(4)将复数形式转换回实数形式：
37、y＝|y|sin(kx-ωt+ψ)
38、这里，|y|是最终波的振幅，ψ是最终波的相位。
39、进一步的，所述步骤s2具体包括；
40、s21，利用漂浮式风机的风力机、半潜平台、系泊系统的参数，通过数值计算或通过实际测量，预先得到全工况风浪联合作用下漂浮式风机在各个方向的运动响应；
41、s22，将步骤s1得到的风资源数据与波浪数据，与步骤s21得到的全工况下漂浮风机运动响应数据的风浪条件进行比对，得到当前风浪条件下风电场内漂浮式风机的运动状态。
42、进一步的，所述漂浮式风机在各个方向的运动响应包括：漂浮式风机在纵荡、横荡、垂荡、横摇、纵摇、艏摇中的一种或多种方向的运动响应。
43、与现有技术相比，本公开的有益效果是：(1)提供一种用于漂浮式风电场的漂浮式风机运动监测方法，通过对风电场内部漂浮式波浪传感器与外围漂浮式风机自身传感器监测数据的预测及修正，实现风电场内部漂浮式风机的无传感器运动监测；(2)减少了运动监测传感器的使用，降低了设备成本；(3)通过提前对风浪流监测数据进行处理，提前预测目标风机的运动响应，可提前对环境变化做出控制策略。
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1.一种基于环境预测修正的漂浮式风机运动监测系统，包括：环境测量装置、信息传输与控制中心；其中：
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述测风装置采用测风雷达。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，还包括：六自由度倾角及加速度传感器，用于测量半潜平台六个方向的运动。
4.一种根据权利要求1-3中任一所述系统的基于环境预测修正的漂浮式风机运动监测方法，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤S17具体方法包括：
7.根据权利要求4-6中任一所述的方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括；
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述漂浮式风机在各个方向的运动响应包括：漂浮式风机在纵荡、横荡、垂荡、横摇、纵摇、艏摇中的一种或多种方向的运动响应。
【技术特征摘要】
1.一种基于环境预测修正的漂浮式风机运动监测系统，包括：环境测量装置、信息传输与控制中心；其中：
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述测风装置采用测风雷达。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，还包括：六自由度倾角及加速度传感器，用于测量半潜平台六个方向的运动。
4.一种根据权利要求1-3中任一所述系统的基于环境预测修正的漂浮式风机运动监测方法，包括以下步骤：<...
【专利技术属性】
技术研发人员：周昭民，王涛，项若轩，吴秀山，张彦涛，王安宇，程前，刘振，
申请(专利权)人：中电建新能源集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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