一种风、浪、流耦合观测系统及其运行方法与流程

1.本发明属于气象观测领域，涉及一种风、浪、流耦合观测系统及其运行方法。


背景技术：

2.近年来，随着风力发电行业快速发展，路上优异的风资源已被大量利用，考虑到海上风资源较陆上风资源更为丰富，同时沿海恰巧是用电需求旺盛的区域，开发海上风电已成为降低碳排放一种必然选择。然而，从上世纪八十年代后才真正开始大批建设海上的气象观测站或浮标，且因为相关观测装置造价昂贵，运维难度大等客观原因，可用的观测点到现在也仍然不多。然而，海上风电相关的技术研发及建设开发极度依赖以风浪流为主的主要气候观测数据，特别是深远海的风电开发需要大量的实测历史数据提供参考，以保证投资的收益率。


技术实现要素：

3.为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种风、浪、流耦合观测系统及其运行方法，该系统及其运行方法能够实现集成于海上风电机组的风浪流耦合观测，能够有效降低新建气象站浮标成本，累积海上气象观测数据，实现数据积累的良性循环。
4.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于海上风电机组的风浪流耦合观测方法，包括风观测系统、海流观测系统、波浪观测系统以及数据采集存储系统；所述数据采集存储系统通过有线或无线与风观测系统、海流观测系统、波浪观测系统通信连接，数据采集存储系统用于实时或定期地接收并存储风观测系统中的风速、风向数据、海流观测系统中的流速、流向数据及波浪观测系统中的波高及波浪运动轨迹并将所需数据发送给用户。
5.所述风观测系统、海流观测系统、波浪观测系统以及数据采集存储系统中均设置通信模块，所述通信模块包括无线通信模块有线通信模块。
6.数据采集存储系统与海上风场控制中心通信连接。
7.风观测系统、海流观测系统、波浪观测系统以及数据采集存储系统中均设置有蓄电池，蓄电池的输入端接有光伏发电系统。
8.数据采集存储系统还连接气象数据接收站。
9.波浪观测系统采用埃克曼海流计，海流观测系统采用光学式测波仪，风观测系统采用el型电接风向风速计。
10.波浪观测系统通过连杆与海上风机固定式基础相对固定连接，海流观测系统通过连杆与海上风机机组塔架相对固定连接，风观测系统通过底座与机舱外壳连接。
11.沿风机塔筒竖直方向设置2
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3级风速计，并且将风速计设置在绕风机塔筒一周的轨道上，风速计通过底座与可滑动地设置在轨道上，轨道上设置移动机构，所述移动机构的控制器连接风力发电机组主控系统。
12.本发明所述风浪流耦合观测系统的运行方法，风观测系统、海流观测系统以及波
浪观测系统实时将监测数据发送至数据采集存储系统；数据采集存储系统将所述监测数据传送至海上风场控制中心。
13.采集存储系统还将所述监测数据传送至气象数据接收站，风观测系统、海流观测系统、波浪观测系统以及数据采集存储系统通过蓄电池供电，在无外部电力供应的情况下持续提供监测数据。
14.与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
15.本发明可以有效地将风、浪、流观测系统耦合于固定式海上风电机组上，安装成本较低。同时，可于海上风电机组同时进行维护，简化了维护流程，减少了维护费用，观测得到的数据可以有效地为海上风场提供服务，可作为海上风场功率预测及作业窗口期预测的数据基础，也可以作为评估机组运行状态的重要依据。同时，能够有效降低新建气象站浮标成本，累积海上气象观测数据，实现数据积累的良性循环，为后续海洋资源的开发提供保障。
附图说明
16.图1为本发明所述一种可实施的风浪流耦合观测系统整体示意图；
17.图2为本发明所述海上风机机组结构示意图；
18.图3为本发明所述一种风观测系统结构示意图；
19.图4为本发明所述一种海流观测系统结构示意图；
20.图5为本发明所述一种波浪观测系统结构示意图。
21.附图中，1
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海上风机机组，2
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海上风机固定式基础，3
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风观测系统，4
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海流观测系统，5
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波浪观测系统，6
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数据采集存储系统，
具体实施方式
22.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
23.一种用于海上风电机组的风浪流耦合观测方法，包括风观测系统3、海流观测系统4、波浪观测系统5以及数据采集存储系统6；所述数据采集存储系统6通过有线或无线与风观测系统3、海流观测系统4、波浪观测系统5通信连接，数据采集存储系统6用于实时或定期地接收并存储风观测系统3中的风速、风向数据、海流观测系统4中的流速、流向数据及波浪观测系统5中的波高及波浪运动轨迹并将所需数据发送给用户；所述风观测系统3、海流观测系统4、波浪观测系统5以及数据采集存储系统6中均设置通信模块，所述通信模块包括无线通信模块有线通信模块。
24.风观测系统3、海流观测系统4、波浪观测系统5以及数据采集存储系统6通常连接有外部供电电源；作为备用电源，风观测系统3、海流观测系统4、波浪观测系统5以及数据采集存储系统6中均设置有蓄电池，蓄电池的输入端接有光伏发电系统，蓄电池的输入端还连接外部供电电源，在外部电源断电的情况下还能持续监测工作。
25.数据采集存储系统6与海上风场控制中心通信连接。
26.当然，本发明所述数据采集存储系统6还可以连接气象数据接收站，为气象数据接收站提供基础监测数据；为气象站做出准确预测提供实时数据。
27.波浪观测系统5通过连杆55与海上风机固定式基础2相对固定连接，海流观测系统4通过连杆42与海上风机机组塔架18相对固定连接，风观测系统3通过底座34与机舱外壳连
接。
28.本发明所述风浪流耦合观测系统的运行方法，风观测系统3、海流观测系统4以及波浪观测系统5实时将监测数据发送至数据采集存储系统6；数据采集存储系统6将所述监测数据传送至海上风场控制中心。
29.可选的，采集存储系统6还将所述监测数据传送至气象数据接收站，风观测系统3、海流观测系统4、波浪观测系统5以及数据采集存储系统6通过蓄电池供电，在无外部电力供应的情况下持续提供监测数据。
30.参考图1，本发明所述的一种用于海上风电机组的风浪流耦合观测方法，包括海上风机机组1、海上风机固定式基础2、风观测系统3、海流观测系统4、波浪观测系统5、数据采集存储系统6，所述数据采集存储系统6通过有线或无线的方式与风观测系统3、海流观测系统4、波浪观测系统5通信连接。
31.作为可选的实施例，风观测系统3、海流观测系统4、波浪观测系统5、数据采集存储系统6中均设置5g通信模块。
32.所述数据采集存储系统6通过无线的方式与连接风观测系统3、海流观测系统4、波浪观测系统5通信连接，实时或定期的接收并存储风观测系统3中的风速和风向数据、海流观测系统4中的流速、流向数据及波浪观测系统5中的波高和波浪运动轨迹并将所需数据发送给用户。
33.风观测系统3中设置无线通信模块，所述无线通信模块包括gprs通信模块以及5g通信模块；在机舱顶部设置太阳能电池组件，所述太阳能电池组件的电能输出端连接风观测系统3的电能输入端，同时风观测系统3的电能输入端连接机舱提供的电能。
34.作为一个可选的实施例，为了得到更加准确的风力数据，本发明沿风机塔筒竖直方向设置2
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3级风速计，并且将风速计设置在绕风机塔筒一周的轨道上，风速计通过底座与可滑动地设置在轨道上，轨道上设置移动机构，所述移动机构的控制器连接风力发电机组主控系统，能够根据实际风向移动至迎风处；将不同高度风力数据同时传送至风场调控中心，为及时调整风机变桨以及对风提供更加精细的实时数据。
35.参考图2，所述海上风机机组1为既有设备，所述海上风机机组1包括风轮、对风装置、调速机构、传动装置、做功装置、储能装置、机舱外壳、塔架及附属部件；所述海上风机固定式基础2采用多脚架基础；风轮、对风装置、调速机构、传动装置、做功装置以及机舱外壳、均设置在塔架顶部，风轮通过传动装置连接做功装置；塔架设置在固定式基础2上。
36.参考图3，所述风观测系统3为机舱风速计31，作为一个优选的实施例，风观测系统3采用el型电接风向风速计，机舱风速计31包括风杯33、风速发电机和涡轮35、风标36、指南杆37、电缆38以及底座34；其中测风系统中底座34与海上风机机组机舱外壳连接；风杯33设置在机舱风速计31顶部，机舱风速计31的中不是何止风标36，指南杆37设置在底座34的上方；机舱风速计31的输出端连接有通信模块。
37.参考图4，所述海流观测系统4包括浮标41、连杆42与光学式测波仪43，浮标41浮于海平面7上并设置在光学测波仪43正下方，海流观测系统4与海上风机机组塔架通过连杆42连接。
38.参考图5，所述波浪观测系统5采用既有设备，作为一个优选实施例，波浪观测系统5采用埃克曼海流计，波浪观测系统5包括旋桨51、流速记录表盘52、流向记录盒53、尾舵54、
连杆55；其中波浪观测系统5与海上风机固定式基础2通过连杆55连接；埃克曼海流计中设置通信模块。
39.以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利所做的均等变化与修饰，皆应属本发明权利要求的涵盖范围。