CN113879474A - 半潜式海上风力发电平台及其主动浮态调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种半潜式海上风力发电平台及其主动浮态调节方法，能及时地对各个可调压载舱同步进行动态调整，使得半潜式基础快速地调整到正浮姿态，进而能够提高半潜式基础处于海面上的运动性能、稳性与海况适应能力。在生产过程中，可以先将立柱及其相关附件组合在一起，并在运输到海面上时再组装在一起，从而能便于半潜式基础的运输操作与组装操作，及避免运输过程中出现损坏，独立性较强，工作效率较高，避免了各个立柱间复杂的压载水管路布置，大大降低了建造和运维成本。其次，由于在各个立柱的内部均设置有可调压载舱，即各个立柱所处于海面上的高度位置均能够灵活地调整，从而能够提高半潜式基础处于海面上的稳性，进而能提高发电效率。

Description

半潜式海上风力发电平台及其主动浮态调节方法

技术领域

本发明涉及海上风力发电技术领域，特别是涉及一种半潜式海上风力发电平台及其主动浮态调节方法。

背景技术

传统的浮式风力发电平台的基础形式包括单柱式、半潜式、张力腿式和驳船阻尼池式。其中，单柱式平台基础主要通过压载大幅降低重心至浮体浮心以下以获得无条件稳性，通常该类型的平台吃水较大，对水深要求较高；半潜式平台基础和驳船阻尼池式平台基础主要通过较大的水线面惯性距获得足够的稳性，主尺度受到风机风倾力矩影响较大，一般排水量和结构重量较大；张力腿式平台基础主要通过远大于自生重力的浮力和筋键张力相平衡产生稳性，结构重量轻，运动性能好，但其张力筋键的制造和安装技术难度高。

在上述几种平台基础形式中，半潜式平台基础相对具有更好的海洋环境适应性和技术成熟度，已经在开展样机试验。但针对过渡水深海洋环境条件的现有半潜式风力发电平台方案结构复杂，对大型风机稳性适应性较差，同时缺少针对30m–60m过渡水深下的海洋环境进行优化设计，难以满足当前海上风电发展对大型化、平价化的需求。

发明内容

基于此，有必要克服现有技术的缺陷，提供一种半潜式海上风力发电平台及其主动浮态调节方法，它能够提高稳性、运动性能与海况适应能力，同时装置结构简单，能保证较高的发电效率。

其技术方案如下：一种半潜式海上风力发电平台，所述半潜式海上风力发电平台包括：半潜式基础与风机，所述半潜式基础包括第一立柱、两个第二立柱、两个第一横撑组件与第二横撑组件，所述第一立柱通过两个所述第一横撑组件与两个所述第二立柱一一对应相连，两个所述第二立柱通过所述第二横撑组件相连，所述风机设置于所述第一立柱上，所述第一立柱与两个所述第二立柱均设有可调压载舱；空气压缩机组、进气管、第一开关阀、排气管、第二开关阀、水管、第三开关阀与液位传感器，所述进气管、第一开关阀、排气管、第二开关阀、水管、第三开关阀与液位传感器均与所述可调压载舱相应设置；所述进气管的一端与所述可调压载舱相连通，所述进气管的另一端与所述空气压缩机组的出气口相连通，所述第一开关阀设置于所述进气管上；所述排气管的一端与所述可调压载舱相连通，所述排气管的另一端用于连通外界环境，所述第二开关阀设置于所述排气管上；所述水管的一端与所述可调压载舱的底部连通，所述水管的另一端用于连通到海洋环境，所述第三开关阀设置于至少三个所述水管上；所述液位传感器设置于所述可调压载舱，所述液位传感器用于检测对应的所述可调压载舱的液位高度；浮态传感器与控制器，所述浮态传感器设置于所述半潜式基础上，用于获取所述半潜式基础的倾斜角度；所述控制器分别与所述第一开关阀、所述第二开关阀、所述第三开关阀、所述液位传感器与所述浮态传感器电性连接。

上述的半潜式海上风力发电平台工作于海面上的过程中，半潜式基础在例如受到外界环境中的风力影响而发生倾斜时，浮态传感器能及时地获取到半潜式基础的倾斜角度并发送给控制器，各个液位传感器能同步检测出对应的可调压载舱的液位高度并发送给控制器，控制器根据半潜式基础的倾斜角度与各个可调压载舱的液位高度相应判断各个可调压载舱的具体调载模式。例如当可调压载舱所在的第一立柱的位置相对较高时，使得该可调压载舱进行排气与加水动作，即控制该可调压载舱所对应的第一开关阀关闭，以及控制第二开关阀与第三开关阀均开启，这样该可调压载舱内的空气通过排气管向外排，外界海水同步通过水管进入到该可调压载舱内；反之，例如当可调压载舱所在的第一立柱的位置相对较低时，使得该可调压载舱进行加气与排水动作，即控制该可调压载舱所对应的第一开关阀与第三开关阀均开启以及控制第二开关阀关闭，这样该可调压载舱内的空气通过进气管进入到可调压载舱内，在空气的压迫作用下使得可调压载舱内的压载水同步通过水管外排到海水中。如此，通过及时地对各个可调压载舱进行动态调整，能够提高海上风力发电平台处于海面上的运动性能、稳性与海况适应能力，进而能提高风机的发电效率。

此外，由于各个可调压载舱均设有相对应的进气管、第一开关阀、排气管、第二开关阀、水管、第三开关阀与液位传感器等附件，即各个可调压载舱可以同步且独立地进行调节压载水动作。具体而言，当其中一个可调压载舱进行排气加水动作时，另一个可调压载舱也能同步进行加气排水动作，从而能及时地对各个可调压载舱同步进行动态调整，使得半潜式基础快速地调整到正浮姿态，进而能够提高半潜式基础处于海面上的运动性能、稳性与海况适应能力。

另外，由于各个立柱(指的是第一立柱与两个第二立柱)均设有进气管、第一开关阀、排气管、第二开关阀、水管、第三开关阀与液位传感器等附件，在生产过程中，可以先将立柱及其相关附件组合在一起，并在运输到海面上时将各个立柱组装在一起，从而能便于半潜式基础的运输操作与组装操作，能避免运输过程中出现损坏，独立性较强，工作效率较高。同时，各可调压载舱压载水管路系统相互独立，避免了各个立柱间复杂的压载水管路布置，大大降低了建造和运维成本。其次，由于在各个立柱的内部均设置有可调压载舱，即各个立柱所处于海面上的高度位置均能够灵活地调整，从而能够提高半潜式基础处于海面上的稳性，进而能提高发电效率。

在其中一个实施例中，所述第一立柱分别到两个所述第二立柱的距离相同，两个所述第一横撑组件的长度相同。

在其中一个实施例中，所述第一横撑组件包括上下间隔设置的第一上横撑与第一下横撑；所述第一上横撑的两端分别与所述第一立柱、所述第二立柱相连，所述第一下横撑的两端分别与所述第一立柱、所述第二立柱相连；所述第二横撑组件包括上下间隔设置的第二上横撑与第二下横撑，所述第二上横撑的两端分别与两个所述第二立柱相连，所述第二下横撑的两端分别与两个所述第二立柱相连。如此，第一立柱与第二立柱之间、两个第二立柱之间的连接方式均采用间隔设置的上横撑与下横撑进行连接组合，整体结构较为稳固可靠。

在其中一个实施例中，所述半潜式基础还包括设置于所述第一立柱与所述第二立柱之间的第一斜撑与第二斜撑，以及设置于两个所述第二立柱之间的两个第三斜撑；所述第一斜撑的底端与所述第一立柱的下部相连，所述第一斜撑的顶端与所述第一上横撑的中部部位相连；所述第二斜撑的底端与所述第二立柱的下部相连，所述第二斜撑的顶端与所述第一上横撑的中部部位相连；两个所述第三斜撑的底端分别与两个所述第二立柱的下部相连，两个所述第三斜撑的顶端分别与所述第二上横撑的中部部位相连。

在其中一个实施例中，所述第一立柱与所述第二立柱均包括浮箱与设置于所述浮箱上方的柱体结构；所述柱体结构包括从上至下依次间隔设置的第一层甲板、第二层甲板与第三层甲板；所述浮箱的顶面为第四层甲板；所述第一层甲板与所述第二层甲板之间的区域为第一机舱，所述第二层甲板与所述第三层甲板之间的区域为第一空舱，所述第三层甲板与所述第四层甲板之间的区域为第一压载舱；所述可调压载舱设置于所述第一压载舱。

在其中一个实施例中，所述空气压缩机组布置于所述第一机舱的内部。

在其中一个实施例中，所述浮箱的内部设置至少一个固定压载舱。

在其中一个实施例中，所述固定压载舱为多个，多个所述固定压载舱分别为第一固定压载舱、第二固定压载舱与至少一个第三固定压载舱；所述第一固定压载舱设置于所述浮箱的中部区域，所述第二固定压载舱与至少一个所述第三固定压载舱依次布置于所述浮箱的外围区域；所述第一固定压载舱用于装满固定压载物，所述第二固定压载舱用于装设固定压载物，所述第三固定压载舱用于装满压载水。

在其中一个实施例中，所述第一立柱的第二固定压载舱装满所述固定压载物，所述第二立柱的第二固定压载舱内装设部分所述固定压载物。

在其中一个实施例中，所述第三固定压载舱的数量为两个至六个；所述第二固定压载舱的舱容为至少一个所述第三固定压载舱的舱容之和。

在其中一个实施例中，所述空气压缩机组为三个，三个所述空气压缩机组与三个所述进气管一一对应连通设置；或者，所述空气压缩机组为一个，所述空气压缩机组分别与三个所述进气管相连通。

在其中一个实施例中，所述半潜式海上风力发电平台还包括三个气压传感器，以及低通滤波单元；三个气压传感器一一对应地设置于三个所述可调压载舱，所述气压传感器用于感应对应的所述可调压载舱内的气压大小；所述浮态传感器还用于获取所述半潜式基础的吃水位置；所述气压传感器与所述浮态传感器均与所述低通滤波单元电性连接；所述低通滤波单元与所述控制器电性连接。

在其中一个实施例中，所述控制器设有信号收发模块；所述信号收发模块用于与远程终端电性连接。

一种所述的半潜式海上风力发电平台的主动浮态调节方法，包括如下步骤：

获取半潜式基础的倾斜角度，以及各个可调压载舱的压载水液位；

根据所述半潜式基础的倾斜角度以及各个所述可调压载舱的压载水液位，控制所述半潜式基础向下倾斜部位的至少一个可调压载舱所对应的空气压缩机组工作，所对应的第一开关阀打开，以及所对应的第三开关阀打开，以使得对半潜式基础向下倾斜部位的至少一个可调压载舱进行充气并排出压载水；同步控制所述半潜式基础向上倾斜部位的至少一个所述可调压载舱所对应的第二开关阀打开，以及所对应的第三开关阀打开，以使得对半潜式基础向上倾斜部位的至少一个可调压载舱进行排气并加入压载水。

上述的半潜式海上风力发电平台的主动浮态调节方法，由于实时地检测半潜式基础的倾斜角度以及可调压载舱的压载水液位，并根据检测结果及时地做出相应的调整，即排出半潜式基础向下倾斜部位的至少一个可调压载舱内一定量的压载水，同时半潜式基础向上倾斜部位的至少一个可调压载舱吸入一定量的压载水，从而便能产生抵消半潜式基础当前所受平均倾覆力矩的回复力矩，使得海上浮式风力发电平台在不同风向、风速的作用下始终保持在风力发电机组工作的最佳横/纵倾角范围内，有助于实现平台发电效率的最优化。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例的半潜式海上风力发电平台的结构示意图；

图2为本发明另一实施例的半潜式海上风力发电平台的结构示意图；

图3为本发明一实施例的半潜式海上风力发电平台的俯视结构示意图；

图4为本发明一实施例的半潜式基础的结构示意图；

图5为本发明一实施例的空气压缩机组为三个时的结构示意图；

图6为本发明一实施例的空气压缩机组为一个时的结构示意图；

图7为本发明一实施例的半潜式基础的第一机舱的结构布置结构示意图；

图8为本发明一实施例的半潜式基础的三个浮箱的结构示意图。

10、半潜式海上风力发电平台；11、半潜式基础；111、第一立柱；112、第二立柱；113、第一横撑组件；1131、第一上横撑；1132、第一下横撑；114、第二横撑组件；1141、第二上横撑；1142、第二下横撑；115、可调压载舱；1161、第一斜撑；1162、第二斜撑；1163、第三斜撑；117、浮箱；1171、第四层甲板；1172、基线；1173、第一固定压载舱；1174、第二固定压载舱；1175、第三固定压载舱；118、柱体结构；1181、第一层甲板；1182、第二层甲板；1183、第三层甲板；1184、第一机舱；1185、第一空舱；1186、第一压载舱；12、风机；121、塔筒；122、发电机机舱；123、轮毂；124、叶片；13、空气压缩机组；14、进气管；141、第一开关阀；15、排气管；151、第二开关阀；16、水管；161、第三开关阀；17、总管；18、系泊系统；19、动态海缆。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

本发明提供一种半潜式海上风力发电平台，安装于其上的风机的额定功率可达到5MW–15MW，甚至更大。该半潜式海上风力发电平台适用于水深40m以上的海域，特别是对50m–60m的过渡水深海域有良好的适应性。该半潜式海上风力发电平台具有优良的稳性和运动性能，对恶劣海况适应性较佳，工作海域可以为中国南海、东海、欧洲北海、地中海和大西洋沿岸、或北美沿海。同时，该半潜式海上风力发电平台结构简单、重量轻，建造方便，成本较低。

参阅图1与图5，图1示出了本发明一实施例的半潜式海上风力发电平台10的结构示意图，图5示出了本发明一实施例的空气压缩机组13为三个时的结构示意图。本发明一实施例提供的一种半潜式海上风力发电平台10，半潜式海上风力发电平台10包括：半潜式基础11、风机12、空气压缩机组13、进气管14、第一开关阀141、排气管15、第二开关阀151、水管16、第三开关阀161、液位传感器(图中未示出)、浮态传感器(图中未示出)与控制器(图中未示出)。半潜式基础11包括第一立柱111、两个第二立柱112、两个第一横撑组件113与第二横撑组件114。第一立柱111通过两个第一横撑组件113与两个第二立柱112一一对应相连，两个第二立柱112通过第二横撑组件114相连，风机12设置于第一立柱111上，第一立柱111与两个第二立柱112均设有可调压载舱115。进气管14、第一开关阀141、排气管15、第二开关阀151、水管16、第三开关阀161与液位传感器均与可调压载舱115相应设置。即当可调压载舱115设置为三个时，进气管14、第一开关阀141、排气管15、第二开关阀151、水管16、第三开关阀161与液位传感器均设置为三个，并均与三个可调压载舱115一一对应设置。

进气管14的一端与可调压载舱115相连通，进气管14的另一端与空气压缩机组13的出气口相连通。第一开关阀141设置于进气管14上。排气管15的一端与可调压载舱115相连通，排气管15的另一端用于连通外界环境，第二开关阀151设置于排气管15上。水管16的一端与可调压载舱115的底部连通，水管16的另一端用于连通到海洋环境，第三开关阀161设置于至少三个水管16上。液位传感器设置于可调压载舱115，液位传感器用于检测对应的可调压载舱115的液位高度。浮态传感器设置于半潜式基础11上，用于获取半潜式基础11的倾斜角度。控制器分别与第一开关阀141、第二开关阀151、第三开关阀161、液位传感器与浮态传感器电性连接。

具体而言，进气管14的端部连通设置于可调压载舱115的顶部。排气管15的端部连通设置于可调压载舱115的顶部。如此，由于位于可调压载舱115的顶部部位，将第一开关阀141开启时便于将气体通入到可调压载舱115内，将第二开关阀151开启时便于将可调压载舱115内的气体向外排出到可调压载舱115外。可以理解的是，进气管14的端部也可以连通设置于可调压载舱115的其它部位，在此不进行限定，根据实际需求设置即可。同样地，出气管的端部也可以连通设置于可调压载舱115的其它部位，在此不进行限定，根据实际情况进行设置即可。

上述的半潜式海上风力发电平台10工作于海面上的过程中，半潜式基础11在例如受到外界环境中的风力影响而发生倾斜时，浮态传感器能及时地获取到半潜式基础11的倾斜角度并发送给控制器，各个液位传感器能同步检测出对应的可调压载舱115的液位高度并发送给控制器，控制器根据半潜式基础11的倾斜角度与各个可调压载舱115的液位高度相应判断各个可调压载舱115的具体调载模式。例如当可调压载舱115所在的第一立柱111的位置相对较高时，使得该可调压载舱115进行排气与加水动作，即控制该可调压载舱115所对应的第一开关阀141关闭，以及控制第二开关阀151与第三开关阀161均开启，这样该可调压载舱115内的空气通过排气管15向外排，外界海水同步通过水管16进入到该可调压载舱115内；反之，例如当可调压载舱115所在的第一立柱111的位置相对较低时，使得该可调压载舱115进行加气与排水动作，即控制该可调压载舱115所对应的第一开关阀141与第三开关阀161均开启以及控制第二开关阀151关闭，这样该可调压载舱115内的空气通过进气管14进入到可调压载舱115内，在空气的压迫作用下使得可调压载舱115内的压载水同步通过水管16外排到海水中。如此，通过及时地对各个可调压载舱115进行动态调整，能够提高海上风力发电平台处于海面上的运动性能、稳性与海况适应能力，进而能提高风机12的发电效率。

此外，由于各个可调压载舱115均设有相对应的进气管14、第一开关阀141、排气管15、第二开关阀151、水管16、第三开关阀161与液位传感器等附件，即各个可调压载舱115可以同步且独立地进行调节压载水动作。具体而言，当其中一个可调压载舱115进行排气加水动作时，另一个可调压载舱115也能同步进行加气排水动作，从而能及时地对各个可调压载舱115同步进行动态调整，使得半潜式基础11快速地调整到正浮姿态，进而能够提高半潜式基础11处于海面上的运动性能、稳性与海况适应能力。

另外，由于各个立柱(具体指的是第一立柱111与两个第二立柱112)均设有进气管14、第一开关阀141、排气管15、第二开关阀151、水管16、第三开关阀161与液位传感器等附件，在生产过程中，可以先将立柱及其相关附件组合在一起，并在运输到海面上时将各个立柱组装在一起，从而能便于半潜式基础11的运输操作与组装操作，能避免运输过程中出现损坏，独立性较强，工作效率较高。同时，各可调压载舱115压载水管路系统相互独立，避免了各个立柱间复杂的压载水管路布置，大大降低了建造和运维成本。其次，由于在各个立柱的内部均设置有可调压载舱115，即各个立柱所处于海面上的高度位置均能够灵活地调整，从而能够提高半潜式基础11处于海面上的稳性，进而能提高发电效率。

进一步地，由于各个可调压载舱115设置于各个立柱中，而各个立柱的独立性较强，这样在某些特殊的情况下，如运输、安装、调试和检修阶段，可调压载舱115内压载水的装载量可以借助平台外部辅助船舶的驱动设备进行调载作业，使平台达到所期望的浮态。在某些需要的情况下，可调压载舱115亦可部分甚至全部作为空舱。

需要说明的是，对于其中任意一个可调压载舱115所对应的第一开关阀141、第二开关阀151与第三开关阀161而言，一般情况下，第二开关阀151和第三开关阀161均处于常闭状态。此外，第一开关阀141和第二开关阀151不同时开启。

需要说明的是，第一立柱111与第二立柱112的截面例如为圆形截面，但在其他实施例中，第一立柱111与第二立柱112的截面形状也可以是但不限于方形、导角方形或多边形，可以根据实际需求进行设置。本实施例中，图中示意出的第一立柱111、第二立柱112的截面为六边形形状，如此能便于生产加工得到。

请参阅图1与图7，图7示出了本发明一实施例的半潜式基础11的第一机舱1184的结构布置结构示意图，在一个实施例中，第一立柱111分别到两个第二立柱112的距离相同，两个第一横撑组件113的长度相同。如此，半潜式基础11在海面上的投影呈等腰三角形，风机12布置于等腰三角形的顶点位置，这样能提高风机12的稳性。作为一个示例，半潜式基础11在海面上的投影呈等边三角形，即第一立柱111与两个第二立柱112分别布置于等边三角形的三个顶点位置，两个第一横撑组件113与第二横撑组件114的长度都相等。

请参阅图1，在一个实施例中，第一横撑组件113包括上下间隔设置的第一上横撑1131与第一下横撑1132。第一上横撑1131的两端分别与第一立柱111、第二立柱112相连，第一下横撑1132的两端分别与第一立柱111、第二立柱112相连。第二横撑组件114包括上下间隔设置的第二上横撑1141与第二下横撑1142。第二上横撑1141的两端分别与两个第二立柱112相连，第二下横撑1142的两端分别与两个第二立柱112相连。如此，第一立柱111与第二立柱112之间、两个第二立柱112之间的连接方式均采用间隔设置的上横撑与下横撑进行连接组合，整体结构较为稳固可靠。

请参阅图2，图2示出了本发明另一实施例的半潜式海上风力发电平台10的结构示意图。在一个实施例中，半潜式基础11还包括设置于第一立柱111与第二立柱112之间的第一斜撑1161与第二斜撑1162，以及设置于两个第二立柱112之间的两个第三斜撑1163。第一斜撑1161的底端与第一立柱111的下部相连，第一斜撑1161的顶端与第一上横撑1131的中部部位相连。第二斜撑1162的底端与第二立柱112的下部相连，第二斜撑1162的顶端与第一上横撑1131的中部部位相连。两个第三斜撑1163的底端分别与两个第二立柱112的下部相连，两个第三斜撑1163的顶端分别与两个第二上横撑1141的中部部位相连。

需要说明的是，第一斜撑1161、第二斜撑1162与第三斜撑1163的截面形状包括但不限于为圆形、椭圆形、三角形、方形等等，可根据实际情况进行设置。

请参阅图1与图4，图4示出了本发明一实施例的半潜式基础11的结构示意图。在一个实施例中，第一立柱111与第二立柱112均包括浮箱117与设置于浮箱117上方的柱体结构118。柱体结构118包括从上至下依次间隔设置的第一层甲板1181、第二层甲板1182与第三层甲板1183。浮箱117的顶面为第四层甲板1171。第一层甲板1181与第二层甲板1182之间的区域为第一机舱1184，第二层甲板1182与第三层甲板1183之间的区域为第一空舱1185，第三层甲板1183与第四层甲板1171之间的区域为第一压载舱1186。具体而言，可调压载舱115设置于第一压载舱1186。

需要说明的是，既可以将第一压载舱1186的整体作为可调压载舱115，也可以是将第一压载舱1186的其中一部分作为可调压载舱115。还需要说明的是，甲板数量不限于图中的上下依次间隔设置的四个，还可以是五个或六个等等，在此不进行限定，当甲板的数量越多时，舱室的数量相应越多。

在一个实施例中，空气压缩机组13布置于第一机舱1184的内部。如此，采用空气压缩机组13将气体压缩到可调压载舱115中，无需设置复杂的舱底水泵系统和设置于各个可调压载舱115之间的压载水管路，大大简化机舱、通道和压载水相关设备及管路布置，降低系统的建造和运维成本。

需要说明的是，空气压缩机组13不限于设置于第一机舱1184内部，还可以设置于柱体结构118的其它位置，在此不进行限定，根据实际需求进行设置。

需要说明的是，第一层甲板1181指的是位于最上方的甲板，又称主甲板。

请参阅图4与图8，在一个实施例中，浮箱117的内部设置至少一个固定压载舱。如此，固定压载舱设置于可调压载舱115下方，能尽量降低浮式风力发电平台的重心。同时，使得可调压载舱115应尽量布置于靠近浮箱117的底面(即如图4所示的基线1172)的位置。

需要说明的是，可调压载舱115的可调指的是舱内的压载水可以向外排放或向内通入压载水，从而调整浮力大小。固定压载舱的固定指的是平台安装就位后舱内不可以调整压载物的装载量，固定压载舱的舱内的压载物具体例如为淡水、海水，亦或水泥、铁矿砂或重晶石矿浆等大比重的固体或流体。

还需要说明的是，各固定压载舱内的固定压载物和对应装载量根据平台空船重量、目标吃水、重心高度、风机12倾覆力矩等参数综合确定。

请参阅图4与图8，进一步地，固定压载舱为多个，多个固定压载舱分别为第一固定压载舱1173、第二固定压载舱1174与至少一个第三固定压载舱1175。第一固定压载舱1173设置于浮箱117的中部区域，第二固定压载舱1174与至少一个第三固定压载舱1175依次布置于浮箱117的外围区域。第一固定压载舱1173和第二固定压载舱1174内装载水泥、铁矿砂或重晶石矿浆等大比重的压载物，第三固定压载舱1175装满压载水。

作为优选，第一立柱111的第二固定压载舱1174内固定压载物装载量小于第二立柱112的第二固定压载舱1174内所述固定压载物装载量，以平衡第一立柱111上风力发电机组12的重量。当平台安装就位后，三个立柱内的全部第三固定压载舱内均装满压载水，以最大限度地减少压载舱自由液面对平台稳性的影响。

请参阅图4与图8，进一步地，第三固定压载舱1175的数量为两个或三个。第二固定压载舱1174的舱容为至少一个第三固定压载舱1175的舱容之和。如此，对于同一个浮箱117而言，当第三固定压载舱1175的数量例如为两个时，第二固定压载舱1174的舱容为两个第三固定压载舱1175的舱容之和；当第三固定压载舱1175的数量例如为三个时，第二固定压载舱1174的舱容为三个第三固定压载舱1175的舱容之和。

在一个实施例中，可调压载舱115与其下方的第一固定压载舱1173相互连通设置，当然也可以是互不连通，在此不进行限定。

请参阅图5，在一个实施例中，空气压缩机组13为三个，三个空气压缩机组13与三个进气管14一一对应连通设置。如此，当空气压缩机组13为三个时，即通过三个空气压缩机组13将气体通过三个进气管14一一对应地输送到三个可调压载舱115的内部。进一步地，三个空气压缩机组13分别一一对应布置于半潜式基础11的三个第一机舱1184内，如此能最大限度简化平台的舱室和梯道布置，降低设备维护成本。当然，三个空气压缩机组13也可以是集中设置于同一个立柱上，在此不进行限定，根据实际需求进行设置即可。

请参阅图6，在另一个实施例中，空气压缩机组13为一个，空气压缩机组13分别与三个进气管14相连通。即可只集中配置一台空气压缩机组13，即通过空气压缩机组13例如通过压缩空气总管17分别与三个进气管14相连通，同样能向各个可调压载舱115供气。在该实施例中，虽然增加了压缩空气总管17，但减少了压缩空气机组的数量，简化了立柱机械处所的布置，适用于海况变化较为平缓的场址。

可选地，空气压缩机组13包括空气压缩机(图中未示出)以及与空气压缩机相连的空气压缩罐(图中未示出)。空气压缩罐与进气管14连通。

在一个实施例中，半潜式海上风力发电平台10还包括气压传感器(图中未示出)。气压传感器与可调压载舱115相应设置，气压传感器用于感应对应的可调压载舱115内的气压大小。气压传感器与控制器电性连接。需要说明的是，气压传感器与可调压载舱115相应设置指的是，当可调压载舱115的数量为三个时，气压传感器相应为三个，三个气压传感器一一对应地设置于三个可调压载舱115的内部。

进一步地，浮态传感器还用于获取半潜式基础11的吃水位置，以控制调载过程前后压载水总量保持不变，平台吃水不变。

进一步地，各个可调压载舱115内设置的气压传感器和液位传感器，对可调压载舱115内部的空气压力和压载水液位进行实时监控，使可调压载舱115内压载水液面至压载水管口高度差维持在最小设计值以上，且空气压力不超过设计压力最高值。作为一个示例，可调压载舱115内气压不超过3.0bar，压载水液位不高于舱深度的90％，也不低于其深度的10％。作为一个具体示例，可调压载舱115内的气压在不进行调载时可维持在约2.0bar–2.5bar，以保证需要排出压载水时的快速响应能力。

在一个实施例中，半潜式海上风力发电平台10还包括低通滤波单元(图中未示出)。气压传感器与浮态传感器均与低通滤波单元电性连接；低通滤波单元与控制器电性连接。如此，低通滤波单元对感应到的液位高度信号、倾斜角度信号与可调压载舱115内的压力信号起到过滤作用，并将过滤处理后的结果反馈给控制器，控制器根据结果反馈再相应控制第一开关阀141、第二开关阀151、第三开关阀161工作。

此外，需要说明的是，为最大限度地消除海上风力发电平台周期性的摇荡运动以及瞬时环境干扰引起的短时平台姿态变化，可以根据平台作业场址的海洋环境特征对低通滤波单元所设置的参数进行优化，这样例如当浮态传感器感应到的平台基础的倾斜角度超过预设阈值范围时使得控制器控制相应的开关工作，当感应到的平台基础的倾斜角度在预设阈值范围内时，维持各个开关的原工作状态，避免控制器频繁响应，保证主动调节效率。

在一个实施例中，控制器设有信号收发模块。信号收发模块用于与远程终端电性连接。具体而言，远程终端例如为手机、电脑、平板等等电子控制设备。如此，远程终端与控制器之间传递信息，一方面将传感器测量的实时状态信号传输至远程终端，能及时地掌握海上风力发电平台的工作状态，另一方面，能远程遥控控制器，执行远程终端对各个开关阀门的操作指令，实现远程手动压载水调驳操作和浮态调整作业。

具体而言，可调压载舱115具体例如设置于半潜式基础11的底部部位，如此能有利于对半潜式基础11的位置进行动态调整，调整效果较好。具体而言，对于第一立柱111而言，可调压载舱115例如设置于第一立柱111的底端，第一立柱111的底端位于海面的下方，重心较低，便于动态调整第一立柱111的位置；此外，可调压载舱115内部的水通过水管16直接向外排放到海水中，也可以直接将海水通过水管16导向到可调压载舱115的内部。

需要说明的是，上述的第一开关阀141、第二开关阀151、第三开关阀161的驱动形式不进行限制，例如可以是电磁阀、液压阀、气动阀等等。

还需要说明的是，可调压载舱115的具体形状为满足气密性要求的舱室分隔，其形状由平台的外形和布置位置决定。在一些实施例中，可调压载舱115具体例如为耐压气密结构，包括但不限于球面、端部为平面、半球面或碟型的圆柱或楞柱罐体等。

在一些实施例中，为了确保在浮式平台摇荡运动较为剧烈时可调压载舱115内的压载水晃荡不会对压载平衡调节过程产生不利影响，可调压载舱115的底部位置例如设置至少一个具有一定开孔率的水平止荡板。在这种情况下，可调压载舱115内压载水的最低液位限制位于该止荡板。

在一些实施例中，各个可调压载舱115内例如布置有若干道纵向制荡舱壁和/或至少一个水平制荡板，避免自由液面晃荡影响对压载调节控制。

请再参阅图1与图3，图3示出了本发明一实施例的半潜式海上风力发电平台10的俯视结构示意图。半潜式海上风力发电平台10还包括对半潜式基础11进行定位的系泊系统18以及传输电能至电网的动态海缆19。具体而言，系泊系统18例如为6个牵引绳索，提供使半潜式基础11保持在位作业的定位能力。如此，半潜式基础11为风机12提供浮力和抵抗海洋环境倾覆力矩的稳性，

进一步地，风机12具体例如为水平轴风力发电机组，包括塔筒121、安装于塔筒121上端的发电机机舱122、安装于发电机机舱122前端的轮毂123、以及与轮毂123相连的三片叶片124。叶片124和轮毂123在风力的作用下转动，驱动发电机产生电能，所产生的电能通过动态海缆19传输至电网。

进一步地，第一上横撑1131、第二上横撑1141均设置于第一层甲板1181相邻的位置，即第一上横撑1131与第二上横撑1141位于柱体结构118的顶端的位置。此外，第一下横撑1132、第二下横撑1142均设置于第四层甲板1172相邻的位置，即第一下横撑1132与第二下横撑1142位于柱体结构118的底端的位置。如此，整体结构较为稳固。

请再参阅图1与图5，在一个实施例中，一种上述任一实施例的半潜式海上风力发电平台10的调节方法，包括如下步骤：

获取半潜式基础11的倾斜角度，以及各个可调压载舱115的压载水液位；

根据半潜式基础11的倾斜角度以及各个可调压载舱115的压载水液位，控制半潜式基础11向下倾斜部位的至少一个可调压载舱115所对应的空气压缩机组13工作，所对应的第一开关阀141打开，以及所对应的第三开关阀161打开，以使得对半潜式基础11向下倾斜部位的至少一个可调压载舱115进行充气并排出压载水；同步控制半潜式基础11向上倾斜部位的至少一个可调压载舱115所对应的第二开关阀151打开，以及所对应的第三开关阀161打开，以使得对半潜式基础11向上倾斜部位的至少一个可调压载舱115进行排气并加入压载水。

上述的半潜式海上风力发电平台10的调节方法，由于实时地检测半潜式基础11的倾斜角度以及可调压载舱115的压载水液位，并根据检测结果及时地做出相应的调整，即排出半潜式基础11向下倾斜部位的至少一个可调压载舱115内一定量的压载水，同时半潜式基础11向上倾斜部位的至少一个可调压载舱115吸入一定量的压载水，从而便能产生抵消半潜式基础11当前所受平均倾覆力矩的回复力矩，使得海上浮式风力发电平台在不同风向、风速的作用下始终保持在风力发电机组工作的最佳横/纵倾角范围内，有助于实现平台发电效率的最优化。

在一个实施例中，上述的半潜式海上风力发电平台10的调节方法中，还包括步骤：监测各个可调压载舱115的气压大小，控制进气压力和进气流量的大小，使得可调压载舱115内的压力大小不超过设计限制值，以及使得平均压载水液位不低于最小水位要求。

此外，在调节过程中，排出的压载水总量和吸入的压载水总量保持动态平衡，确保平台平均吃水不变。

在一些实施例中，动态压载调节系统不仅可以用于平台在在位工况下的浮态调整，在平台基础下水、拖航和安装过程中也可以用于调整浮态，亦可以在平台基础进行倾斜试验时将平台调至指定倾角。

在一些实施例中，第一立柱111上需要装设风机12，即第一立柱111的可调压载舱115的排水量不小于两个第二立柱112的可调压载舱115的排水量。

在一些实施例中，当半潜式海上风力发电平台10在无风、静水环境中处于设计吃水下的正浮状态(即平台横倾和纵倾角均为零)时，各可调压载舱115内均储有一定质量的压载水。该状态视为半潜式海上风力发电平台10的初始状态。

在一些实施例中，根据实际半潜式海上风力发电平台10的半潜式基础11的主尺度和需要克服的风机12产生的倾覆力矩，上述各可调压载舱115内预压载的质量一般约在200MT至400MT间。作为优选，初始状态下各可调压载舱115内压载水液位位于可调压载舱115深度的一半处。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

Claims (14)

1.一种半潜式海上风力发电平台，其特征在于，所述半潜式海上风力发电平台包括：

半潜式基础与风机，所述半潜式基础包括第一立柱、两个第二立柱、两个第一横撑组件与第二横撑组件，所述第一立柱通过两个所述第一横撑组件与两个所述第二立柱一一对应相连，两个所述第二立柱通过所述第二横撑组件相连，所述风机设置于所述第一立柱上，所述第一立柱与两个所述第二立柱均设有可调压载舱；

空气压缩机组、进气管、第一开关阀、排气管、第二开关阀、水管、第三开关阀与液位传感器，所述进气管、第一开关阀、排气管、第二开关阀、水管、第三开关阀与液位传感器均与所述可调压载舱相应设置；所述进气管的一端与所述可调压载舱相连通，所述进气管的另一端与所述空气压缩机组的出气口相连通，所述第一开关阀设置于所述进气管上；所述排气管的一端与所述可调压载舱相连通，所述排气管的另一端用于连通外界环境，所述第二开关阀设置于所述排气管上；所述水管的一端与所述可调压载舱的底部连通，所述水管的另一端用于连通到海洋环境，所述第三开关阀设置于至少三个所述水管上；所述液位传感器设置于所述可调压载舱，所述液位传感器用于检测对应的所述可调压载舱的液位高度；

浮态传感器与控制器，所述浮态传感器设置于所述半潜式基础上，用于获取所述半潜式基础的倾斜角度；所述控制器分别与所述第一开关阀、所述第二开关阀、所述第三开关阀、所述液位传感器与所述浮态传感器电性连接。

2.根据权利要求1所述的半潜式海上风力发电平台，其特征在于，所述第一立柱分别到两个所述第二立柱的距离相同，两个所述第一横撑组件的长度相同。

3.根据权利要求1所述的半潜式海上风力发电平台，其特征在于，所述第一横撑组件包括上下间隔设置的第一上横撑与第一下横撑；所述第一上横撑的两端分别与所述第一立柱、所述第二立柱相连，所述第一下横撑的两端分别与所述第一立柱、所述第二立柱相连；所述第二横撑组件包括上下间隔设置的第二上横撑与第二下横撑，所述第二上横撑的两端分别与两个所述第二立柱相连，所述第二下横撑的两端分别与两个所述第二立柱相连。

4.根据权利要求3所述的半潜式海上风力发电平台，其特征在于，所述半潜式基础还包括设置于所述第一立柱与所述第二立柱之间的第一斜撑与第二斜撑，以及设置于两个所述第二立柱之间的两个第三斜撑；所述第一斜撑的底端与所述第一立柱的下部相连，所述第一斜撑的顶端与所述第一上横撑的中部部位相连；所述第二斜撑的底端与所述第二立柱的下部相连，所述第二斜撑的顶端与所述第一上横撑的中部部位相连；两个所述第三斜撑的底端分别与两个所述第二立柱的下部相连，两个所述第三斜撑的顶端分别与所述第二上横撑的中部部位相连。

5.根据权利要求1所述的半潜式海上风力发电平台，其特征在于，所述第一立柱与所述第二立柱均包括浮箱与设置于所述浮箱上方的柱体结构；所述柱体结构包括从上至下依次间隔设置的第一层甲板、第二层甲板与第三层甲板；所述浮箱的顶面为第四层甲板；所述第一层甲板与所述第二层甲板之间的区域为第一机舱，所述第二层甲板与所述第三层甲板之间的区域为第一空舱，所述第三层甲板与所述第四层甲板之间的区域为第一压载舱；所述可调压载舱设置于所述第一压载舱。

6.根据权利要求5所述的半潜式海上风力发电平台，其特征在于，所述空气压缩机组布置于所述第一机舱的内部。

7.根据权利要求5所述的半潜式海上风力发电平台，其特征在于，所述浮箱的内部设置至少一个固定压载舱。

8.根据权利要求7所述的半潜式海上风力发电平台，其特征在于，所述固定压载舱为多个，多个所述固定压载舱分别为第一固定压载舱、第二固定压载舱与至少一个第三固定压载舱；所述第一固定压载舱设置于所述浮箱的中部区域，所述第二固定压载舱与至少一个所述第三固定压载舱依次布置于所述浮箱的外围区域；所述第一固定压载舱用于装满固定压载物，所述第二固定压载舱用于装设固定压载物，所述第三固定压载舱用于装满压载水。

9.根据权利要求8所述的半潜式海上风力发电平台，其特征在于，所述第一立柱的第二固定压载舱装满所述固定压载物，所述第二立柱的第二固定压载舱内装设部分所述固定压载物。

10.根据权利要求8所述的半潜式海上风力发电平台，其特征在于，所述第三固定压载舱的数量为两个至六个；所述第二固定压载舱的舱容为至少一个所述第三固定压载舱的舱容之和。

11.根据权利要求1所述的半潜式海上风力发电平台，其特征在于，所述空气压缩机组为三个，三个所述空气压缩机组与三个所述进气管一一对应连通设置；或者，所述空气压缩机组为一个，所述空气压缩机组分别与三个所述进气管相连通。

12.根据权利要求1所述的半潜式海上风力发电平台，其特征在于，所述半潜式海上风力发电平台还包括三个气压传感器，以及低通滤波单元；三个气压传感器一一对应地设置于三个所述可调压载舱，所述气压传感器用于感应对应的所述可调压载舱内的气压大小；所述浮态传感器还用于获取所述半潜式基础的吃水位置；所述气压传感器与所述浮态传感器均与所述低通滤波单元电性连接；所述低通滤波单元与所述控制器电性连接。

13.根据权利要求1所述的半潜式海上风力发电平台，其特征在于，所述控制器设有信号收发模块；所述信号收发模块用于与远程终端电性连接。

14.一种如权利要求1至13任意一项所述的半潜式海上风力发电平台的主动浮态调节方法，其特征在于，包括如下步骤：

获取半潜式基础的倾斜角度，以及各个可调压载舱的压载水液位；

根据所述半潜式基础的倾斜角度以及各个所述可调压载舱的压载水液位，控制所述半潜式基础向下倾斜部位的至少一个可调压载舱所对应的空气压缩机组工作，所对应的第一开关阀打开，以及所对应的第三开关阀打开，以使得对半潜式基础向下倾斜部位的至少一个可调压载舱进行充气并排出压载水；同步控制所述半潜式基础向上倾斜部位的至少一个所述可调压载舱所对应的第二开关阀打开，以及所对应的第三开关阀打开，以使得对半潜式基础向上倾斜部位的至少一个可调压载舱进行排气并加入压载水。

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