[发明专利]用于浮式风力涡轮机结构的控制系统

说明书

一种控制浮式风力涡轮机结构的涡轮机以减小其系泊设备的疲劳的方法，所述方法包括基于风力涡轮机结构的纵摇运动，以及基于相对于风力涡轮机结构的系泊设备的方向在风力涡轮机结构处的风力方向削减涡轮机。可选地，所述削减可以进一步基于风力涡轮机从参考位置位移的程度。

技术领域

本发明涉及一种用于浮式风力涡轮机结构的控制系统。

背景技术

风力涡轮机结构通常由包括细长塔架的支撑结构，以及附接至支撑结构的上端的机舱和转子形成。发电机及其相关联的电子器件通常位于机舱中。

固定至陆地或海床的固定基座式风力涡轮机已建立完善。然而，最近期望改进浮式风力涡轮机，并且已经提出了各种各样的结构。一个示例为将传统的风力涡轮机结构安装在诸如浮力平台或筏状结构的浮式基座上的风力涡轮机结构。另一提议为“柱形浮标”型结构。这种结构由在顶部安装有转子的细长浮力支撑结构形成。支撑结构可以是整体结构，或者基座部分可以形成为在其上安装有标准塔架的细长下层结构。

当浮式风力涡轮机结构受诸如那些由风速或水流的改变引起的力的作用时，整体结构在水中移动。这些运动可能具有高振幅但具有相对低的频率，即，它们是大的慢速运动——这些运动是低频率的，因为在它们比涡轮机本身的旋转频率低得多。

风力涡轮机结构所经历的运动被描述为“垂荡”，即线性垂直(上/下)运动，“横荡”，即线性横向(侧对侧)运动，“纵荡”，即线性纵向(前/后)运动，“横摇”，即本体绕其水平(前/后)轴线的旋转，“纵摇”，即本体绕其横向(侧对侧)轴线的旋转，以及“艏摇”，即本体绕其垂直轴线的旋转。

浮式风力涡轮机结构通常通过一个或多个具有锚的系泊线系泊至海床，以约束这些运动。传统的用于浮式风力涡轮机的系泊系统设计是基于在海洋气象学设计基础上制定的疲劳极限状态(FLS)和最终极限状态(ULS)载荷情况的仿真，并且使用来自相关标准的相应的安全系数以说明不确定性。然而，这些安全系数考虑到了与来自海洋设计基础的环境载荷相关的不确定性，系泊设备通常明显地过度设计以用于实际运行情况。

已提出在某些装置中利用推进器抵消风力涡轮机结构的浮式基座的运动，并且因此减小系泊设备上的载荷。然而，仍然存在对于减小系泊设备载荷中的不确定性的代替或改进方法的需求。

发明内容

本发明提供了一种控制浮式风力涡轮机结构的涡轮机的方法，优选地以减小其系泊设备的疲劳，方法包括基于风力涡轮机结构的运动，优选地为纵摇运动，以及相对于风力涡轮机的系泊设备的方向在风力涡轮机结构处的风力方向来削减涡轮机。

风力涡轮机结构的振荡运动和风力的方向被认为是对风力涡轮机结构的系泊结构的疲劳寿命具有显著影响的两个系数。纵摇运动在涡轮机上存在振荡载荷时发生，例如由于风速变化和/或波浪载荷，这继而引起系泊中的振荡载荷。在这些运动连同系泊设备上已有的重载荷一起发生的情况下，这可以显著增加系泊设备中的疲劳。风力方向影响系泊结构如何受载。例如，不利的风力方向可能将载荷中的大部分加至单个系泊线上，反之更有利的风力方向可能将其分散在两个系泊线之间。

通过监控运行期间的风力涡轮机结构的运动(尤其是纵摇运动，这对风力载荷有指示性，并且同样与波浪载荷强相关)和风力方向，并且在它们不利时削减风力涡轮机(因此减小风力涡轮机结构上的气动转子推力)，可以显著减小风力涡轮机结构的系泊设备中的载荷和疲劳，从而增加其运行寿命。

此外，通过提供这种形式的控制，可以在风力涡轮机结构的设计阶段使用更低的安全系数，因为在不利条件下涡轮机将能够减小功率输出(以及之后的载荷)，意味着系泊结构不需要设计为在最坏条件下以最大功率输出承受最大载荷。

风力涡轮机结构优选地包括浮式基座、从浮式基座延伸的塔架以及安装至塔架的涡轮机。涡轮机优选地包括通常在机舱内的转子和发电机。风力涡轮机结构可以设置有系泊设备，诸如从风力涡轮机结构延伸至海床以保持风力涡轮机的位置的悬链式系泊设备。