用于在海冰条件下操作浮动式风力涡轮机的控制系统技术方案

描述了一种用于在海冰条件下操作浮动式风力涡轮机(100、200)的控制系统(170)。控制系统(170)包括构造成用于检测在浮动式风力涡轮机周围的临界区(205)中的冰形成物(271、272)的检测装置(281、282)，以及构造成用于操纵浮动式风力涡轮机(100、200)使得临界区(205)没有阈值量的所检测的冰形成物(271、272)的冰抑制装置(291、292、293、294)。此外，描述了一种浮动式风力涡轮机(100、200)，其包括：风力转子，该风力转子包括具有叶片(140、240)的风力转子；塔架(130、230)；浮动基座(120、220)和上述控制系统(170)。另外，描述了一种用于在海冰条件下操作浮动式风力涡轮机(100、200)的方法。200)的方法。200)的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于在海冰条件下操作浮动式风力涡轮机的控制系统


[0001]本专利技术涉及一种用于在海冰条件下操作浮动式风力涡轮机的控制系统。此外，本专利技术涉及一种浮动式风力涡轮机和一种用于在海冰条件下操作浮动式风力涡轮机的方法。

技术介绍

[0002]在浮动式风力涡轮机的
中，已知如何安装包括多个浮动式风力涡轮机的浮动风力发电场。然而，当今的浮动式风力涡轮机的操作限于相对温暖的气候。特别地，当今的浮动式风力涡轮机没有放置在具有高密度海冰或冰山的北极环境中。这种恶劣环境是使浮动式风力涡轮机不稳定或甚至损坏浮动式风力涡轮机的潜在风险。海冰的影响可能是机械冲击和增加的振动，这可能导致附加的负载。同时，由于空气中的水、海水喷雾等，大气结冰可能导致在浮动式风力涡轮机和浮动式风力涡轮机的子结构上的冰形成物，所述子结构诸如例如系泊缆绳或塔架。
[0003]为了防止上述缺点，当今的浮动式风力涡轮机没有被置于这种恶劣的环境条件下。然而，由于浮动式海上风力涡轮机的普及，可能需要提供允许将浮动式风力涡轮机和浮动式风力涡轮机发电场放置在北极环境中的控制系统、浮动式风力涡轮机和方法。因此，可能需要在海冰条件下操作浮动式风力涡轮机。

技术实现思路

[0004]这种需要可以通过根据独立权利要求的主题来满足。本专利技术的有利实施例由从属权利要求描述。
[0005]根据本专利技术的第一方面，提供了一种用于在海冰条件下操作浮动式风力涡轮机的控制系统。该控制系统包括检测装置和冰抑制装置，该检测装置被构造成用于检测在该浮动式风力涡轮机周围的临界区中的冰形成物，该冰抑制装置被构造成用于操纵该浮动式风力涡轮机，使得该临界区没有阈值量的所检测到的冰形成物。
[0006]所检测到的冰形成物的量可以用其他词语表示所检测到的冰形成物的数量。
[0007]根据本专利技术的检测到的冰形成物的阈值量可以是根据其质量或程度对浮动式风力涡轮机产生有害影响的数量。例如，阈值量可以使得损坏可以发生在浮动式风力涡轮机的子结构上或者浮动式风力涡轮机的子结构可以冻结。
[0008]具有对浮动式风力涡轮机的任何子结构无害的量的冰形成物可停留在临界区中。因此，并非整个冰形成物必须例如通过浮动基座的移动而融化或破坏。
[0009]根据本专利技术的示例性实施例，冰抑制装置被构造成用于操纵浮动式风力涡轮机，使得临界区没有检测到的冰形成物。
[0010]所描述的控制系统基于这样的构思，即控制系统包括被构造用于检测临界区内的冰形成物的潜在风险的装置，以及用于随后通过防止与冰形成物的碰撞或防止海冰形成物在浮动式风力涡轮机周围积聚来对所检测的风险作出反应的另一装置。因此，所描述的控制系统基于这样的构思，即，其主动地利用控制系统来防止在海冰条件下浮动式风力涡轮
机的海冰积聚和冰山碰撞。
[0011]浮动式风力涡轮机包括可移动的浮动基座。通过浮动基座的移动，安装在浮动基座上的浮动式风力涡轮机相应地运动。浮动基座和浮动式风力涡轮机分别的运动可以被分成六个单独的自由度，即，三个平移，即，纵荡（surge）、横荡（sway）和垂荡（heave），以及三个旋转，即，横摇（roll）、纵摇（pitch）和偏航（yaw）。
[0012]由于浮动基座的桨距与叶片的桨距之间的命名相似，因此在下文中通过区分浮子桨距和叶片桨距来进行区分。一方面，浮子桨距表示浮动基座围绕其旋转点的桨距。另一方面，叶片桨距表示浮动式风力涡轮机的叶片的受控桨距。
[0013]在海冰条件下，根据本专利技术的示例性实施例意味着浮动式风力涡轮机可在恶劣的环境条件下操作，特别是在海水中可以自然地产生冰形成物的情况下，诸如例如在北极环境中。
[0014]根据本专利技术的示例性实施例的临界区可以表示在浮动式风力涡轮机周围的区域，该区域应当没有任何冰形成物，使得浮动式风力涡轮机可以在没有由临界区中的冰形成物所导致的损坏的风险的情况下操作。因此，临界区应当尽可能大，以一方面抑制与冰形成物的碰撞，并且另一方面抑制在浮动式风力涡轮机的任何子结构上有害的冰形成。临界区的尺寸也可以取决于外部条件，诸如例如温度和湿度。当温度低或湿度高时，临界区应更大，因为冰可更快地形成且冰的形成可扩散得更远。
[0015]如果所检测到的冰形成物的量低于阈值，则可以提供所描述的临界区的“没有所检测到的冰形成物”。阈值可以是预定阈值或者可以是在浮动式风力涡轮机的操作期间调整的阈值。阈值也可以例如由于天气预报而动态地调整。
[0016]如果检测到的冰形成物的量低于阈值，则该量可能对浮动式风力涡轮机无害，并且浮动式风力涡轮机的操纵可能停止。因此，浮动式风力涡轮机可以停留在它所在的位置。
[0017]提供包括检测装置和冰抑制装置的所描述的控制系统可以提供浮动式风力涡轮机可以在海冰条件下并且因此在恶劣环境条件下操作的优点。
[0018]根据本专利技术的示例性实施例，控制系统可设置为集成组件，该集成组件包括检测装置和冰抑制装置，并且设置在浮动式风力涡轮机上的一个位置处，所述位置诸如机舱、塔架或浮动基座。
[0019]替代性地，根据本专利技术的另一示例性实施例的控制系统可以被提供为多个子系统，每个子系统被附接到浮动式风力涡轮机上的不同位置。例如，检测装置附接到机舱，并且冰抑制装置附接到系泊缆绳。
[0020]根据本专利技术的示例性实施例，检测装置包括基于视觉的检测装置，特别是包括相机、光检测和测距装置以及无线电检测和测距装置的组中的至少一者。
[0021]将检测装置提供为基于视觉的检测装置可具有的优点是，冰形成物可容易地由公知的系统检测。另外，可以同时检测在浮动式风力涡轮机的临界区中的任何其他障碍物。因此，在操纵浮动式风力涡轮机期间，可以考虑其他障碍物，使得临界区没有阈值量的所检测到的冰形成物。因此，碰撞可能较不频繁地发生。
[0022]提供包括相机的基于视觉的检测装置可以具有可以使用易于处理的经批准的和已知的系统的优点。
[0023]提供包括光检测和测距装置(LIDAR)的基于视觉的检测装置可以具有这样的优
点，即当冰形成物开始形成时，可能已经检测到对冰形成物的检测，即，可以检测到临界区的某个区域是否仍然仅包括海水或者是否已经形成小的冰粒。因此，可以在早期状态检测到冰形成物。因此，可以在冰形成物对于例如相机可以是可见的之前进行检测。
[0024]提供基于视觉的检测装置的相机可以具有这样的优点，即通过电磁波可以获得对冰形成物的距离和角度的测距，所述基于视觉的检测装置包括无线电检测和测距装置(RADAR)。另外，在浮动式风力涡轮机和冰形成物之间的相对运动可能是可能的。
[0025]根据本专利技术的示例性实施例，所述检测装置包括被构造用于分析所述浮动式风力涡轮机的动力学变化、特别是所述浮动式风力涡轮机的阻尼固有频率的变化的装置。阻尼固有频率可能由于质量特性的变化、阻尼特性的变化和整体刚度特性的变化而变化。
[0026]提供被构造用于分析浮动式风力涡轮机的动力学变化的装置可以具有这样的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于在海冰条件下操作浮动式风力涡轮机(100、200)的控制系统(170)，所述控制系统(170)包括：检测装置(281、282)，其被构造成用于检测所述浮动式风力涡轮机(100、200)周围的临界区(205)中的冰形成物(271、272)，冰抑制装置(291、292、293、294)，其被构造成用于操纵所述浮动式风力涡轮机(100、200)，使得所述临界区(205)没有阈值量的所检测的冰形成物(271、272)。2.根据权利要求1所述的控制系统(170)，其中，所述检测装置(281、282)包括基于视觉的检测装置(281)，特别是包括相机、光检测和测距装置以及无线电检测和测距装置的组中的至少一者。3.根据权利要求1或2所述的控制系统(170)，其中，所述检测装置(281、282)包括被构造用于分析所述浮动式风力涡轮机(100、200)的动力学变化、特别是由包括质量特性的变化、阻尼特性和刚度特性的变化的组中的至少一者中的变化引起的所述浮动式风力涡轮机(100、200)的阻尼固有频率的变化的装置(282)。4.根据权利要求1至3中任一项所述的控制系统(170)，其中，所述检测装置(281、282)构造成用于将所述冰形成物(271、272)与所述浮动式风力涡轮机(100、200)的子结构(120、220、130、230、140、240)关联。5.根据权利要求1至4中任一项所述的控制系统(170)，其中，所述冰抑制装置(291、292、293、294)构造成用于沿着规划轨迹操纵所述浮动式风力涡轮机(100、200)远离所述冰形成物(271、272)。6.根据权利要求1至5中任一项所述的控制系统(170)，其中，所述冰抑制装置(291、292、293、294)包括包含水下推进器(292)、系泊缆绳致动器(291、294)和自主水下航行器(293)的组中的至少一者。7.根据权利要求1至6中任一项所述的控制系统(170)，其中，所述冰抑制装置(291、292、293、294)融化所述冰...

【专利技术属性】
技术研发人员：T，
申请(专利权)人：西门子歌美飒可再生能源公司，
类型：发明
国别省市：