CN114527448A - 一种漂浮式激光雷达测风系统 - Google Patents

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李华祥
陈十一
张日葵
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Abstract

本发明公开了一种漂浮式激光雷达测风系统，包括激光雷达测风仪、浮体模块、测风平台和锚固装置，激光雷达测风仪活动连接在测风平台上，测风平台中钢铁架与载物平台通过伸缩杆衔接，伸缩杆通过伸缩改变载物平台自身倾斜角度，从而增大激光雷达测风仪的测量角度；浮体模块使用轻质材料，增大浮力，并用钢制网框保护其不易受损坏；浮力模块下端连接增大重量的压载模块，增大了抗倾力矩，减小了摇摆角度，综合提高了测风的有效性；通过在系统四周设置锚链，保持测风系统位置稳定，防止系统漂流而产生较大位移。

Description

一种漂浮式激光雷达测风系统
技术领域
本发明属于海上风电场风能资源测量领域，具体为一种漂浮式激光雷达测风系统。
背景技术
海上风电场因其风能资源丰富、不占用耕地等优点而成为各国重点关注的风电开发形式。海上风能资源测量是评估待开发海洋风能资源的重要方式，也是开发风力发电场的必要前提。传统测风方式主要为固定式测风，虽具有较好的准确性，但也有高额的建造成本、无法重复利用等缺点，并不适用于快速发展的海上风电场建设需求，也不适应由浅海向深海发展的未来趋势。
移动式测风是海上风能资源测量的另一种方式，但因起步较晚而发展相对薄弱。目前，虽已有不少移动式的测风装置，但在遇到一些略微恶劣天气和较为复杂海况时，仍可能会因发生水雾、晃动等，使收集的测风数据不连续、质量下降，降低观测的准确性和有效性。
激光雷达测风仪具有较好的测风能力，但其需要激光雷达、高精度定向传感器及高精度运动传感器三大核心传感器单元稳定运行，遇到故障时通常需要现场运维，费时费力费钱。因此，使用激光雷达测风仪测风时，最好保障测量环境相对稳定。
此外，激光雷达的测风方向通常只有一个角度，测量风速有效高度范围的起始高度也比较高，这使其测得数据的覆盖范围通常比较有限，该方面能力有待提升。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种漂浮式激光雷达测风系统，解决了上述背景技术中提出的问题。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种漂浮式激光雷达测风系统，其特征在于，包括激光雷达测风仪、浮体模块、测风平台和锚固装置；所述浮体模块位于测风平台的下面为系统提供浮力，所述激光雷达测风仪与测风平台活动连接，所述激光雷达测风仪可改变测量角度；所述锚固装置，对整个系统进行漂浮区域限定。
优选地，所述测风平台包括载物钢板、伸缩装置和平台保护装置；伸缩装置固定设置在平台保护装置上；所述伸缩装置连接所述载物钢板，所述激光雷达测风仪固定在所述载物钢板上；通过伸缩装置改变所述载物钢板及激光雷达测风仪的角度。
优选地，所述伸缩装置包括数根可伸缩的立杆及横杆，所述立杆拉伸时所述横杆随之拉伸，所述横杆连接所述载物钢板，改变所述载物钢板的倾斜角度。
优选地，所述平台保护装置包括钢铁架、围栏和甲板；所述载物钢板通过所述伸缩装置与所述钢铁架衔接；所述伸缩装置、钢铁架、围栏均固定在所述甲板上。
优选地，所述激光雷达测风仪连接有供电设备；所述供电设备包括主供电系统和辅助供电系统。
优选地，所述主供电系统为太阳能发电板，固定在所述钢铁架上。
优选地，所述辅助供电系统包括燃油发电设备和蓄电池；所述燃油发电设备与所述蓄电池固定在所述甲板上；所述蓄电池储存所述燃油发电设备与所述太阳能发电板多余电量。
优选地，所述浮体模块包括浮体装置和浮体保护装置；所述浮体装置为系统提供浮力。
优选地，所述浮体装置为柱状浮体；所述柱状浮体使用轻质材料，所述轻质材料可为实体结构，也可为内部空心结构。
优选地，所述柱状浮体上设置有贯穿的孔洞。
优选地，所述浮体保护装置为钢制网框；所述钢制网框围绕在所述浮体装置外部。
优选地，所述锚固装置为四条对称分布的锚链；所述锚链连接在所述钢制网框上。
优选地，所述浮体模块底端连接有压载模块；所述压载模块包括压载块与压载保护装置；所述压载块悬挂于所述钢制网框上。
优选地，所述压载保护装置包括钢制桁架、网格栅板；所述钢制桁架连接所述浮体模块与所述压载模块；所述网格栅板衔接在钢制桁架之间。
本发明提供了一种漂浮式激光雷达测风系统，具备以下有益效果：
1、该漂浮式激光雷达测风系统，激光雷达测风仪固定在载物钢板上，载物钢板通过伸缩杆与钢铁架衔接，随着伸缩杆的伸缩，可以改变载物钢板的角度，激光雷达测风仪随之改变倾斜角，从而增大激光雷达测风仪的测量角度。
2、该漂浮式激光雷达测风系统，通过设置浮体模块，为激光雷达测风系统提供浮力，该柱状浮体为轻质材料，可以实心也可空心，也可包含贯穿浮体的孔洞，以便水流穿过增强平稳性，该柱状浮体外部有钢制网框，用于保护柱状浮体不易受破坏。
3、该漂浮式激光雷达测风系统，通过设置增大重力的压载模块保障激光雷达测风系统不易翻转，提高稳定性。
4、该漂浮式激光雷达测风系统，通过设置锚链，保证了漂浮式激光雷达测风系统位置稳定，防止系统漂流而产生较大位移。
附图说明
图1是系统三维示意图。
图2是系统立面示意图。
图3是测风平台立面示意图。
图4载物钢板、钢铁架及伸缩杆三维示意图。
图5是浮体模块立面示意图。
图6是压载模块三维示意图。
其中：1、激光雷达测风仪；2、供电设备；3、测风平台；4、海平面； 5、柱状浮体；6、钢质网框；7、钢质桁架；8、网格栅板； 9、压载块；10、锚链；11、载物钢板；12、伸缩杆；13、太阳能发电板；14、钢铁架；15、燃油发电设备；16、围栏；17、蓄电池；18、甲板；19、轻质材料；20、浮体内部空心区域。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行具体描述，如图1至图6，本发明提供一种技术方案：一种漂浮式激光雷达测风系统，包括激光雷达测风仪1、浮体模块、测风平台3和锚固装置；激光雷达测风仪1与测风平台3活动连接，激光雷达测风仪1可改变测量角度；激光雷达测风仪1用于高频三维风场数据的测量、采集及输出，提升测量数据覆盖范围；锚固装置，对整个系统进行漂浮区域限定。
测风平台3包括载物钢板11、伸缩装置和平台保护装置；激光雷达测风仪1固定在载物钢板11上；伸缩装置连接载物钢板11，通过伸缩改变载物钢板11的角度，从而改变激光雷达测风仪1的测量角度。
伸缩装置为伸缩杆12，包括两根立杆及两根横杆，立杆拉伸时横杆随之拉伸，横杆连接载物钢板11，改变载物钢板11的倾斜角度。
平台保护装置包括钢铁架14、围栏16和甲板18；载物钢板11通过伸缩杆12与钢铁架14衔接；伸缩杆12、钢铁架14，围栏16均固定在甲板18上，对测风平台3上的固件进行保护。
激光雷达测风仪1连接有供电设备2，供电设备2包括主供电系统和辅助供电系统；主供电系统为太阳能发电板13，固定在钢铁架14上；辅助供电系统包括燃油发电设备15和蓄电池17，燃油发电设备15和蓄电池17固定在甲板18上；太阳能发电板13为常规发电方式，燃油发电设备15为备用发电方式，蓄电池17负责储存两发电设备的电力以及为激光雷达测风仪1提供电力。
浮体模块包括浮体装置和浮体保护装置；浮体装置为系统提供浮力，浮体装置为柱状浮体5；柱状浮体5使用轻质材料；轻质材料可为实体结构，也可为内部空心结构；柱状浮体上设置有贯穿的孔洞，以便水流穿过，保持平衡。
浮体保护装置为钢制网框6；钢制网框6围绕在柱状浮体5外部，钢质网框6用于承受外力，保护柱状浮体5使其不易受损破坏。
锚固装置为四条对称分布的锚链10，锚链10连接在钢制网框6上，锚链10用于保持漂浮式激光雷达测风系统位置稳定，防止系统漂流而产生较大位移。
浮体模块底端连接有压载模块；压载模块包括压载块9与压载保护装置；压载块9悬挂于钢制网框6上，压载块9可增大重力，用于使漂浮模块及测风平台3不易翻转，提高漂浮式激光雷达测风系统的稳定性；压载保护装置包括钢制桁架7、网格栅板8；钢制桁架7连接柱状浮体5与压载模块9；网格栅板8衔接在钢制桁架7之间，网格栅板8用于保护钢质桁架7使其不易弯曲破坏。
综上，该漂浮式激光雷达测风系统通过测风平台3、浮体模块、压载模块的改进，增大了抗倾覆力矩，减小了摇摆角度，综合提高了测风的有效性。通过在测风平台3中设置伸缩杆12可改变载物钢板11的倾斜角，从而增加激光雷达测风仪1的测量角度，提升测量数据覆盖范围；通过在浮体模块中设置钢质网框6可提高模块的强度和刚度，使浮体内部可为空心，提高材料利用率的同时还大幅度增加系统的浮力上限，使压载模块的重力增加，最终强化系统抗倾覆的能力；通过在压载模块中设置网格栅板8，分散了钢质桁架7所受的拉力，增加了压载模块的刚度，使其能在高重力和波浪的作用下不被弯曲破坏。
以上所述仅为本专利的实施例，并非因此限制本专利的专利范围，凡是利用本专利说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本专利的专利保护范围内。

Claims (14)

1.一种漂浮式激光雷达测风系统，其特征在于，包括激光雷达测风仪、浮体模块、测风平台和锚固装置；所述浮体模块位于测风平台的下面为系统提供浮力，所述激光雷达测风仪与测风平台活动连接，所述激光雷达测风仪可改变测量角度；所述锚固装置，对整个系统进行漂浮区域限定。
2.根据权利要求1所述的漂浮式激光雷达测风系统，其特征在于，所述测风平台包括载物钢板、伸缩装置和平台保护装置；伸缩装置固定设置在平台保护装置上；所述伸缩装置连接所述载物钢板，所述激光雷达测风仪固定在所述载物钢板上；通过伸缩装置改变所述载物钢板及激光雷达测风仪的角度。
3.根据权利要求2所述的漂浮式激光雷达测风系统，其特征在于，所述伸缩装置包括数根可伸缩的立杆及横杆，所述立杆拉伸时所述横杆随之拉伸，所述横杆连接所述载物钢板，改变所述载物钢板的倾斜角度。
4.根据权利要求2所述的漂浮式激光雷达测风系统，其特征在于，所述平台保护装置包括钢铁架、围栏和甲板；所述载物钢板通过所述伸缩装置与所述钢铁架衔接；所述伸缩装置、钢铁架、围栏均固定在所述甲板上。
5.根据权利要求4所述的漂浮式激光雷达测风系统，其特征在于，所述激光雷达测风仪连接有供电设备；所述供电设备包括主供电系统和辅助供电系统。
6.根据权利要求5所述的漂浮式激光雷达测风系统，其特征在于，所述主供电系统为太阳能发电板，固定在所述钢铁架上。
7.根据权利要求6所述的漂浮式激光雷达测风系统，其特征在于，所述辅助供电系统包括燃油发电设备和蓄电池；所述燃油发电设备与所述蓄电池固定在所述甲板上；所述蓄电池储存所述燃油发电设备与所述太阳能发电板多余电量。
8.根据权利要求1所述的漂浮式激光雷达测风系统，其特征在于，所述浮体模块包括浮体装置和浮体保护装置；所述浮体装置为系统提供浮力。
9.根据权利要求8所述的漂浮式激光雷达测风系统，其特征在于，所述浮体装置为柱状浮体；所述柱状浮体使用轻质材料，所述轻质材料可为实体结构，也可为内部空心结构。
10.根据权利要求9所述的漂浮式激光雷达测风系统，其特征在于，所述柱状浮体上设置有贯穿的孔洞。
11.根据权利要求8所述的漂浮式激光雷达测风系统，其特征在于，所述浮体保护装置为钢制网框；所述钢制网框围绕在所述浮体装置外部。
12.根据权利要求11所述的漂浮式激光雷达测风系统，其特征在于，所述锚固装置为四条对称分布的锚链；所述锚链连接在所述钢制网框上。
13.根据权利要求11所述的漂浮式激光雷达测风系统，其特征在于，所述浮体模块底端连接有压载模块；所述压载模块包括压载块与压载保护装置；所述压载块悬挂于所述钢制网框上。
14.根据权利要求13所述的漂浮式激光雷达测风系统，其特征在于，所述压载保护装置包括钢制桁架、网格栅板；所述钢制桁架连接所述浮体模块与所述压载模块；所述网格栅板衔接在钢制桁架之间。
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