CN221024068U - 一种海上风电场用漂浮式监测台的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及监测装置技术领域，公开了一种电子产品电磁兼容性检测用平台，包括若干监测设备支架均匀分散在漂浮平台周围，所述漂浮平台中心安装有太阳能供电系统，所述太阳能供电系统上方安装有数据传输装置，所述漂浮平台最外层安装有安全栏杆和防护系统，所述漂浮平台下方中央安装有锚定系统。海上风电场作为一种清洁能源的利用方式，得到了广泛关注和应用。然而，海上风电场的运行和维护仍然面临一些技术挑战，其中之一是监测和数据收集。本实用新型旨在提供一种漂浮式监测台的装置，以便实现海上风电场的有效监测和数据采集。

Description

一种海上风电场用漂浮式监测台的装置

技术领域

本实用新型属于监测装置技术领域，尤其涉及一种海上风电场用漂浮式监测台的装置。

背景技术

由于陆地上经济可开发的风资源越来越少，全球风电场建设已出现从陆地向近海发展的趋势。与陆地风电相比，海上风电风能资源的能量效益比陆地风电场高20％～40％，还具有不占地、风速高、沙尘少、电量大、运行稳定以及粉尘零排放等优势，同时能够减少机组的磨损，延长风力发电机组的使用寿命，适合大规模开发。目前，海上风电场作为一种清洁能源的利用方式，得到了广泛关注和应用。然而，海上风电场的运行和维护仍然面临一些技术挑战，其中之一是监测和数据收集。

海上风电场的监测和数据收集是运行和维护过程中的关键任务，但目前仍存在一些技术缺陷和需要解决的技术问题。以下是其中的一些方面：

远程监测和维护：海上风电场的规模庞大，分布在广阔的海域中，使得监测和维护变得复杂。当前的监测方法主要依赖于人工巡视和定期维护，这不仅耗时耗力，而且成本高昂。因此，需要开发更多的远程监测技术，包括使用遥感技术、机器学习和人工智能等，以实时获取风电场的运行状态和故障信息。

传感器技术：海上环境的恶劣条件(如海水腐蚀、高湿度和强风等)对传感器的性能和可靠性提出了挑战。传感器的故障或损坏导致数据采集中断，影响对风电场性能和健康状况的监测。因此，需要研发适应海上环境的耐用传感器，并确保它们能够长期稳定地运行。

数据管理和处理：海上风电场产生的数据量庞大，包括风速、温度、振动等各种传感器数据，以及设备运行日志和维护记录等。有效地管理和处理这些数据对于优化风电场的性能、预测故障和制定维护计划至关重要。因此，需要开发高效的数据管理和处理系统，包括数据存储、实时监测、故障诊断和预测分析等方面的技术。

高效维护策略：海上风电场的维护需要大量的人力和物力投入。目前，维护主要依赖于定期巡视和计划维护，这导致资源的浪费和对风电场正常运行的干扰。因此，需要研究和开发智能化的维护策略，基于实时监测数据和故障预测，以减少不必要的维护和降低运维成本。

环境影响评估：海上风电场的建设和运行对海洋生态环境产生一定的影响。为了保护海洋生态系统的健康和可持续发展，需要进行全面的环境影响评估，并采取相应的保护措施。这需要综合考虑海洋生物多样性、鱼类迁徙、海底生态系统等因素，并开发相应的监测和评估技术。

现有的海上风电场监测技术主要使用固定式监测塔，该设备包括一个固定在海底的塔基和一套设备安装架，用于安装各种监测设备。与此同时，整个系统的电力供应主要依赖于电网或内部发电机。数据传输则倚赖有线连接或者无线连接。

技术问题分析：

1.移动性差：现有的固定式监测塔无法在风电场内部进行移动，因此，其监测能力受到限制，无法对风电场的全貌进行准确监测。

2.电力供应限制：依赖电网或内部发电机的电力供应方式，存在供电不稳定、维护成本高等问题。特别是对于远离陆地的海上风电场来说，电力供应的挑战更大。

3.数据传输限制：有线连接方式存在线缆损坏、维护难度大等问题；无线连接方式则受到环境干扰，影响数据传输的稳定性和准确性。

4.安全问题：固定式监测塔的高度和结构使得维护人员在进行维护时面临安全风险，尤其在恶劣天气条件下，这些风险会得到放大。

以上所述，这种固定式监测塔的设备对于海上风电场的监测存在一定的局限性和问题，需要有更完善的解决方案来解决这些问题。

实用新型内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型提供一种海上风电场用漂浮式监测台的装置。

本实用新型这样实现的，一种海上风电场用漂浮式监测台的装置，所述装置包括漂浮平台、锚定系统、监测设备支架、太阳能供电系统、数据传输装置、安全栏杆和防护系统；

所述漂浮平台用于固定监测装置；漂浮平台底部装有锚定系统；

所述锚定系统用于将漂浮平台固定在海上风电场的制定位置；

所述监测设备支架用于固定各类检测设备，如风速测量仪、风向测量仪、温度传感器等；监测设备支架分散安装在漂浮平台四周；

所述太阳能供电系统用于保持检测设备的持续运行；太阳能供电系统安装在漂浮平台中心；

所述数据传输装置用于传输监测设备采集的数据；数据传输装置安装在太阳能供电系统上方；

所述安全栏杆和防护系统用于确保操作人员的安全和设备的稳定运行；安全栏杆和防护系统安装在漂浮平台最外侧。

进一步，所述太阳能供电系统包括太阳能电池板、储能装置和供电管理系统。

进一步，所述安全栏杆和防护系统包括安全栏杆、防护网和防护系统。

进一步，还包括：GPS定位系统和自动舵系统，使用高精度的GPS接收器和伺服马达驱动的舵机，GPS接收器可以提供实时的地理位置信息，舵机根据信息自动调整船只的方向，以适应海洋条件的变化；

智能锚链张力监测系统，采用张力传感器来监测锚链的实时张力，当张力超过预设的安全范围时，系统会自动调整锚链的长度，以保持漂浮平台的稳定；

机器人臂或者自动调整机构，采用伺服电机驱动的机械臂，机械臂可以根据监测设备的需要自动调整角度和方向，以确保测量结果的准确性；

智能电量管理系统，采用电池管理系统，可以根据设备的功耗和太阳能电池板的产电情况自动调整电力分配，以最大化电池的使用寿命；

自动监控系统，采用摄像头和传感器进行实时监控，当检测到异常情况时，系统会自动发出警报，同时通过无线通信系统将警报信息传输到地面控制中心。

结合上述的技术方案和解决的技术问题，本实用新型所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：

第一、本实用新型监测平台，通过漂浮式监测台，实现了对海上风电场的实时监测，提高了运行和维护的效率；利用太阳能供电系统使得监测设备能够独立运行，减少了能源依赖；通过数据传输装置确保了数据的及时传送和分析，支持远程监控。

本实用新型通过其稳定性、监测设备和数据传输装置等特点，实现了对海上风电场的高效监测和数据采集，为海上风电场的运行和维护提供了有力支持。

第二，本实用新型的技术方案转化后的预期收益和商业价值为：

本实用新型监测装置在实际使用中施放一个监测平台即可完成多数据采集监测，提高了监测效率，降低了设备购入成本。

本实用新型的技术方案填补了国内外业内技术空白：本实用新型的技术方案将监测单元集成在漂浮平台上，提供了更为高效、紧凑的监测装置。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的海上风电场用漂浮式监测台的装置结构图；

图中：1、监测设备支架；2、数据传输装置；3、太阳能供电系统；4、安全栏杆和防护系统；5、锚定系统；6、漂浮平台。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

以下是本实用新型采用的的硬件选择：

漂浮平台：可以采用由高强度聚氨酯(如Dow Chemical's STYROFOAM^TMBrandBuoyancy Billets)制成的半球形漂浮体。

锚定系统：可以使用的M系列海洋锚链，以及Lewmar的电动锚链收放机构。

监测设备支架：可以使用不锈钢材料制成的支架，具体型号根据实际需求定制。

太阳能供电系统：太阳能电池板可以使用SunPower的Maxeon系列高效光伏板，储能装置可以使用Tesla的Powerwall 2家用储能电池，供电管理系统可以使用Morningstar的TriStarMPPT 60A太阳能控制器。

数据传输装置：可以使用Iridium的9603N Short Burst Data(SBD)卫星通信模块。

安全栏杆和防护系统：具体型号根据实际需求定制。

GPS定位系统：可以使用Garmin的GPSMAP 66i GPS和卫星通信器。

自动舵系统：可以使用Simrad的TP32 TillerPilot。

智能锚链张力监测系统：可以使用LOADRITE的MMS-TLA船用锚链张力计。

机器人臂或自动调整机构：可以使用KUKA的KR AGILUS系列六轴机器人臂。

智能电量管理系统：可以使用Victron Energy的BMV-712智能电池监控器。

自动监控系统：监控摄像头可以使用Axis的Q6045-E Mk IIPTZ Dome NetworkCamera，传感器可以使用Honeywell的XNX^TMUniversal Transmitter Gas Detector。

如图1所示，本实用新型提供了一种海上风电场用漂浮式监测台的装置，包括监测设备支架1均匀分散在漂浮平台6周围，所述漂浮平台6中心安装有太阳能供电系统3，所述太阳能供电系统3上方安装有数据传输装置2，所述漂浮平台6最外层安装有安全栏杆和防护系统4，所述漂浮平台6下方中央安装有锚定系统5。海上风电场用漂浮式监测台的装置首先需要通过锚定系统5将其定位在海上风电场的预定位置。锚定系统5坚固地锚定在海底，保证了漂浮平台6在海洋环境下的稳定性，使其不受海浪、风力等自然因素的影响。

在漂浮平台6上，监测设备支架1分布在周围，可以安装各种监测设备，如风速测量仪、风向测量仪、温度传感器等。这些设备可以实时收集风电场的运行数据，如风速、风向、温度等，并通过数据传输装置2传输到远程控制中心。数据传输装置2可以是无线的，也可以是有线的，根据具体的应用环境和需求进行选择。

太阳能供电系统3位于漂浮平台6的中心，可以利用太阳能为监测设备提供电力。太阳能供电系统3包括太阳能电池板和储能装置，太阳能电池板可以在阳光充足的情况下收集太阳能并转化为电能，储能装置则可以存储多余的电能，以备太阳能不足或无太阳能的情况下使用。

为了保证设备和工作人员的安全，漂浮平台6的最外层安装有安全栏杆和防护系统4。安全栏杆可以防止工作人员在海上作业时意外坠入海中，防护系统4则可以对设备进行保护，防止海浪、风力等自然因素对设备造成损害。

这种海上风电场用漂浮式监测台的装置通过整合监测设备、太阳能供电系统、数据传输装置、安全栏杆和防护系统等多种装置，可以有效地对海上风电场进行监测，保证风电场的正常运行，同时也保证了设备和工作人员的安全。

作为优选，本实用新型实施例提供的一个具体优化方案：

漂浮平台：为增加GPS定位系统和自动舵系统，可以考虑使用高精度的GPS接收器和伺服马达驱动的舵机。GPS接收器可以提供实时的地理位置信息，舵机可以根据这个信息自动调整船只的方向，以适应海洋条件的变化。

锚定系统：为引入智能锚链张力监测系统，采用张力传感器来监测锚链的实时张力。当张力超过预设的安全范围时，系统会自动调整锚链的长度，以保持漂浮平台的稳定。

监测设备支架：为添加机器人臂或者自动调整机构，采用伺服电机驱动的机械臂。机械臂可以根据监测设备的需要自动调整角度和方向，以确保测量结果的准确性。

太阳能供电系统：为添加智能电量管理系统，采用电池管理系统(BMS)。BMS可以根据设备的功耗和太阳能电池板的产电情况自动调整电力分配，以最大化电池的使用寿命。

数据传输装置：为引入机器学习算法，采用神经网络等深度学习算法对收集的数据进行预处理，包括滤波、归一化、特征提取等，以提高数据的质量和处理速度。

安全栏杆和防护系统：为加入自动监控系统，采用摄像头和传感器进行实时监控。当检测到异常情况时，系统会自动发出警报，同时通过无线通信系统将警报信息传输到地面控制中心。

本实用新型提供了一种海上风电场用漂浮式监测台的装置，使用时用户将漂浮平台6部署到海上风电场的指定位置，并通过锚定系统5固定在海底；在监测设备支架1上安装所需的监测设备，例如风速测量仪、风向测量仪等；连接监测设备到太阳能供电系统3，确保设备获得持续的电力供应；配置数据传输装置2，以便将监测数据传送到岸上的数据中心，以进行实时监测和分析；确保安全栏杆和防护系统4的有效运行，以应对发生的恶劣天气和海况。

本实用新型提供了一种海上风电场用漂浮式监测台的装置，通过紧凑的设计和多功能性能，有效地评对海上风电场进行实时监测并通过数据传输，以实现实时分析，为海上风电场的运行和维护提供了有力支持。

以下是本实用新型的每个模块的具体实现方案：

漂浮平台：是一个结构稳定、耐风浪的漂浮体，如锥形桩基或者半潜式平台。其设计必须切合海洋环境，以应对海浪、风和其他海洋条件。漂浮平台的大小和设计根据所需装载的设备和预期的工作环境来确定。

锚定系统：是一个或多个海洋用锚链和锚，比如拖船用的马士基锚。锚定系统将漂浮平台固定在特定位置，防止其随波浪漂移。

监测设备支架：是由耐腐蚀材料(如不锈钢)制成的固定架，用于安装各种监测设备。支架的设计要考虑设备的重量和尺寸，以及风浪对设备产生的冲击。

太阳能供电系统：包括太阳能电池板、充电控制器、蓄电池和逆变器等部分。太阳能电池板可以将太阳能转化为电能，充电控制器可以合理地为蓄电池充电，蓄电池可以存储电能，而逆变器可以将直流电转化为供设备使用的交流电。

数据传输装置：是一台卫星通信设备，如Iridium的卫星通信模块。它可以将监测设备收集的数据无线传输到地面接收站或者其他的处理中心。

安全栏杆和防护系统：包括环绕平台的安全栏杆、防护罩和警报系统。安全栏杆防止人员或设备意外掉入水中，防护罩保护设备不受风浪冲击，警报系统在出现危险情况时发出警告。

实施例1：

在一种海上风电场用漂浮式监测台的装置中，漂浮平台使用了一种高强度的塑料材料，这种材料可以在海洋环境中长期使用而不会受到腐蚀。漂浮平台的形状设计为半球形，以提高稳定性，减少因海浪波动造成的影响。

锚定系统由一个重锚和一个长度可调的锚链组成，可以根据海洋深度的变化进行调整，以确保漂浮平台在指定位置的稳定。

监测设备支架采用不锈钢材料，并设计有防风设计，以防止强风对设备的影响。

太阳能供电系统采用了一种高效的光伏发电板，能在低光照条件下也能保持较好的发电效率。同时，配备了一套锂电池储能系统，可以在无阳光的条件下提供电力。

数据传输装置采用了一种高频率的无线传输技术，可以在海洋环境中实现长距离、高速率的数据传输。

安全栏杆和防护系统包括防滑地板，安全带和救生设备，以确保工作人员的安全。

实施例2：

在另一种海上风电场用漂浮式监测台的装置中，漂浮平台使用了一种轻质的铝合金材料，以减少设备的总重量。

锚定系统采用了一种电动的锚链收放机构，可以根据需要自动调整锚链的长度。

监测设备支架设计为可调式，可以根据需要调整设备的高度和角度。

太阳能供电系统采用了一种双面发电的光伏发电板，可以充分利用阳光资源。同时，配备有一套超级电容器储能系统，可以在短时间内提供大量的电力。

数据传输装置采用了一种卫星通信技术，可以在全球范围内实现数据的实时传输。

安全栏杆和防护系统包括自动报警系统，可以在设备出现异常时自动报警，以确保设备的稳定运行。

在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种海上风电场用漂浮式监测台的装置，其特征在于，所述装置包括漂浮平台、锚定系统、监测设备支架、太阳能供电系统、数据传输装置、安全栏杆和防护系统；

所述漂浮平台用于固定监测装置；漂浮平台底部装有锚定系统；

所述锚定系统用于将漂浮平台固定在海上风电场的制定位置；

所述监测设备支架用于固定各类检测设备，如风速测量仪、风向测量仪、温度传感器；监测设备支架分散安装在漂浮平台四周；

所述太阳能供电系统用于保持检测设备的持续运行；太阳能供电系统安装在漂浮平台中心；

所述数据传输装置用于传输监测设备采集的数据；数据传输装置安装在太阳能供电系统上方；

所述安全栏杆和防护系统用于确保操作人员的安全和设备的稳定运行；安全栏杆和防护系统安装在漂浮平台最外侧。

2.如权利要求1所述的海上风电场用漂浮式监测台的装置，其特征在于，所述太阳能供电系统包括太阳能电池板、储能装置和供电管理系统；所述安全栏杆和防护系统包括安全栏杆、防护网和防护系统。

3.如权利要求1所述的海上风电场用漂浮式监测台的装置，其特征在于，还包括：

GPS定位系统和自动舵系统，使用高精度的GPS接收器和伺服马达驱动的舵机，GPS接收器可以提供实时的地理位置信息，舵机根据信息自动调整船只的方向，以适应海洋条件的变化；

智能锚链张力监测系统，采用张力传感器来监测锚链的实时张力，当张力超过预设的安全范围时，系统会自动调整锚链的长度，以保持漂浮平台的稳定；

机器人臂或者自动调整机构，采用伺服电机驱动的机械臂，机械臂可以根据监测设备的需要自动调整角度和方向，以确保测量结果的准确性；

智能电量管理系统，采用电池管理系统，可以根据设备的功耗和太阳能电池板的产电情况自动调整电力分配，以最大化电池的使用寿命；

自动监控系统，采用摄像头和传感器进行实时监控，当检测到异常情况时，系统会自动发出警报，同时通过无线通信系统将警报信息传输到地面控制中心。