[发明专利]一种海上漂浮式风机波浪环境模拟平台装置及其工作方法

说明书

本发明涉及一种海上漂浮式风机波浪环境模拟平台装置及其工作方法，该装置包括：空间六自由度并联机构，主要由固定平台、运动平台、设于两平台之间的六个支链以及六个支链的驱动装置组成，用于使运动平台相对固定平台进行六自由度运动输出；风机模型，安装于空间六自由度并联机构的运动平台上，用于模拟海上漂浮式风机；数据采集模块，安装于空间六自由度并联机构的运动平台与风机模型的底部之间，用于采集运动平台的位姿及受力数据，并传输给运动控制系统；以及运动控制系统，用于根据输入的位姿的运动轨迹或受力数据，对空间六自由度并联机构进行运动控制。该装置及其工作方法有利于便捷有效地模拟海上漂浮式风机在海洋环境下的工况。

技术领域

本发明涉及海上风力发电机技术领域，具体涉及一种海上漂浮式风机波浪环境模拟平台装置及其工作方法。

背景技术

随着世界范围内化石能源的枯竭，可再生能源技术得到空前发展。其中，风力发电技术近几十年来已被广泛应用，尤其是海上风电技术现今已成为人类研究开发和利用的热点。海洋风能资源具有持久、稳定、质量高等优点，因此具有较大的发电潜力和较好的发电效果。这种资源优势由近海到远海逐渐增强，而对于远海区域，水深一般超过50米，固定基桩式风机平台已经不再适用，漂浮式平台成为更加合适的选择。目前深海漂浮式风电技术还未得到大规模利用，因为其所处海洋环境具有极大的复杂性和不确定性，例如风浪等载荷联合作用，都使得其研制和开发面临巨大的困难。

水池试验是漂浮式风机研发、设计和验证的重要手段，目前世界上已经建有很多专业的具有造波功能的实验水池。但是，海上风机结构整体处于海风和海水两种不同介质中，风机模型必须同时满足两种相似准则才能保证实验可靠性，而这在现实中是难以实现的。同时，现有的水池占地大成本高，造波消波程序复杂，实验周期较长，所用风场质量一般不高。这些使得漂浮式风机的研究开发受到了极大程度的限制。可以看出，研发可模拟水池或海洋环境的等效实验装置成为重要的解决方案之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种海上漂浮式风机波浪环境模拟平台装置及其工作方法，该装置及其工作方法有利于便捷有效地模拟海上漂浮式风机在海洋环境下的工况。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种海上漂浮式风机波浪环境模拟平台装置，其特征在于，包括：

空间六自由度并联机构，主要由固定平台、运动平台、设于两平台之间的六个支链以及六个支链的驱动装置组成，用于使运动平台相对固定平台进行三转动三移动的六自由度运动输出；

风机模型，安装于空间六自由度并联机构的运动平台上，用于模拟海上漂浮式风机；

数据采集模块，安装于空间六自由度并联机构的运动平台与风机模型的底部之间，用于采集运动平台的位姿及受力数据，并传输给运动控制系统；以及

运动控制系统，用于根据输入的位姿的运动轨迹或受力数据，对空间六自由度并联机构进行运动控制。

进一步地，所述数据采集模块包括六分力传感器、倾角传感器和位移传感器，用于测量所述风机模型运动对运动平台的作用力，以及运动平台在运动时的倾角和位移。

进一步地，所述运动控制系统包括数据处理模块和通信模块，所述数据处理模块内设有运动计算模块，用于根据输入的位姿的运动轨迹或受力数据，计算出空间六自由度并联结构各支链的实际运动量并将其转化为数字信号，所述通信模块用于将生成的数字信号传输给空间六自由度并联机构，以对其进行运动控制。

进一步地，所述运动计算模块进行位姿和受力的运动学方程正解与逆解，计算所用的运动学方程如下：