CN102444543B - 判断非必要迎风状况的方法和装置、对风跟踪的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种判断非必要迎风状况的方法和装置、对风跟踪的方法和系统，该方法包括：步骤1：取风的第一样本，检测所述风的第一样本的风向，得到第一风向；步骤2：判断所述第一风向与风机朝向之间的夹角是否小于转动临界角；步骤3：如果步骤2的判断结果为是，则执行步骤3-1，否则执行步骤3-2；步骤3-1：判断为非必要迎风状况；步骤3-2：检测所述风的第一样本的风速；判断所述风的第一样本的风速是否小于第一临界风速，如果是，则判断为非必要迎风状况；否则，判断为不是非必要迎风状况。利用本发明的技术方案，能判断风向的改变是否为非必要迎风状况。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电领域，特别是涉及一种判断非必要迎风状况的方法和装置、对风跟踪的方法和系统。
背景技术
目前，大力发展清洁能源、努力建设低碳社会，已经成为世界各国的共识。风电作为一种可再生、无污染、能量大的能源，发展前景非常广阔。
风电机组是进行风力发电的技术装备。图1为风电机组的结构图。如图1所示，风电机组包括机舱101、叶片102、立柱105和基座106，其中，叶片有多个，这样可以增大与风接触的面积，提高发电效率；发电机位于机舱101内部；立柱105和基座106对机舱101起支撑作用；在机舱101与立柱105结合的位置具有偏航轴承104，使机舱101能够在水平方向转动。风电机组发电的原理是：利用风力带动叶片102转动，进而带动机舱101内部的发电机工作，从而产生电力。
如图1所示，在机舱102的轴线上从机舱101后部指向叶片102的方向103为风机朝向103，风机朝向103与风向之间的夹角是影响风电机组的风能利用效率的决定性因素之一，当二者的夹角为180度时，风力才最大限度地带动叶片102转动，从而使风电机组的风能利用效率最高。
风力发电所依靠的资源是风，而风是自然界的产物,风向具有很强的随机性，总是随时间不断地改变,因此，风机朝向103必须不断改变来适应风向的变化，从而最大限度地利用风能。现有技术中，为了更好地发挥风机性能，提高风电机组的风能利用效率,专门设计了对风跟踪装置，用来跟踪风电机组所在位置处的风向，从而使风机朝向103以最快的速度转动到与风向的夹角为180度的方向。图2为现有的对风跟踪方法的流程图。如图2所示，该流程包括：
步骤201：检测当前的风向和当前的风机朝向；
步骤202：计算当前风向与当前风机朝向之间的夹角，根据该夹角产生风机转动控制信号；
步骤203：在风机转动控制信号的控制下，驱动电机带动机舱在水平方向转动，最终使风机朝向与风向之间的夹角达到180度，这样，就达到了使机组对风、从而最大限度地利用风能的目的。
在现有技术中，每当风向改变，对风跟踪装置都会计算出当前风向与当前风机朝向之间的夹角，进而产生风机转动控制信号，控制机舱在水平方向转动，最终使风机朝向与风向之间的夹角达到180度。这样，如果发生非必要迎风的情况，即风向的改变很小，或者风向改变后风速很小，那么对风跟踪装置仍然要控制机舱转动，这样不仅不能提高机组的风能利用效率，反而会因为驱动机舱转动而浪费电力，得不偿失。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种判断非必要迎风状况的方法和装置、对风跟踪的方法和系统，能判断风向的改变是否为非必要迎风状况。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种判断非必要迎风状况的方法，其特征在于，该方法包括：
步骤1：取风的第一样本，检测所述风的第一样本的风向，得到第一风向；
步骤2：判断所述第一风向与风机朝向之间的夹角是否小于转动临界角；
步骤3：如果步骤2的判断结果为是，则执行步骤3-1，否则执行步骤3-2；
步骤3-1：判断为非必要迎风状况；
步骤3-2：检测所述风的第一样本的风速；判断所述风的第一样本的风速是否小于第一临界风速，如果是，则判断为非必要迎风状况；否则，判断为不是非必要迎风状况。
另外，本发明还提供了一种判断非必要迎风状况的装置，该装置包括风取样和检测部件、风机朝向检测装置和控制部件，其中：
所述风取样和检测部件用于，取风的第一样本，检测所述风的第一样本的风向，得到第一风向，将所述第一风向发送到所述控制部件；检测所述风的第一样本的风速，将所述风的第一样本的风速发送到所述控制部件；
所述风机朝向检测装置用于，检测风机朝向，并将所述风机朝向发送给所述控制部件；
所述控制部件用于，判断所述第一风向与风机朝向之间的夹角是否小于转动临界角，如果是，则判断为非必要迎风状况；否则，通知所述风取样和检测部件对所述风的第一样本的风速进行检测；判断所述风取样和风速检测部件发送的所述风的第一样本的风速是否小于第一临界风速，如果是，则判断为非必要迎风状况；否则，判断为不是非必要迎风状况。
本发明的有益效果是：本发明中，由于取出风的第一样本并得到第一风向后，会判断第一风向与风机朝向之间的夹角是否小于转动临界角，是则意味着第一风向与风机朝向相差很小，为非必要迎风状况；检测风的第一样本的风速，并判断该风速是否小于第一临界风速，是则说明风向虽然变了，但风速很小，为非必要迎风状况；如果第一风向相对风机朝向的变化大于或等于转动临界角，并且其风速也大于或等于第一临界风速，则说明这已经不是非必要迎风状况。因此，本发明能判断风向的改变是否为非必要迎风状况。
在上述技术方案的基础上，本发明还提出了一种对风跟踪的方法，该方法包括：
判断是否为非必要迎风状况；
在非必要迎风状况下，不转动机舱；否则，转动机舱，使风机朝向与第一风向之间的夹角为180度；
其中，所述判断是否为非必要迎风状况的方法为：
步骤1：取风的第一样本，检测所述风的第一样本的风向，得到第一风向；
步骤2：判断所述第一风向与风机朝向之间的夹角是否小于转动临界角；
步骤3：如果步骤2的判断结果为是，则执行步骤3-1，否则执行步骤3-2；
步骤3-1：判断为非必要迎风状况；
步骤3-2：检测所述风的第一样本的风速；判断所述风的第一样本的风速是否小于第一临界风速，如果是，则判断为非必要迎风状况；否则，判断为不是非必要迎风状况。
进一步，本发明还提出了一种对风跟踪的系统，该系统包括：风取样和检测部件、风机朝向检测装置、控制部件和机舱转动装置，其中：
所述风取样和检测部件用于，取风的第一样本，检测所述风的第一样本的风向，得到第一风向，将所述第一风向发送到所述控制部件；检测所述风的第一样本的风速，将所述风的第一样本的风速发送到所述控制部件；
所述风机朝向检测装置用于，检测风机朝向，并将所述风机朝向发送给所述控制部件；
所述控制部件用于，判断所述第一风向与风机朝向之间的夹角是否小于转动临界角，如果是，则判断为非必要迎风状况；否则，通知所述风取样和检测部件对所述风的第一样本的风速进行检测；判断所述风取样和风速检测部件发送的所述风的第一样本的风速是否小于第一临界风速，如果是，则判断为非必要迎风状况；否则，判断为不是非必要迎风状况；在不为非必要迎风状况下，向所述机舱转动装置发送机舱转动命令；
所述机舱转动装置用于，根据所述控制部件发送的所述机舱转动命令，转动机舱。
采用上述进一步方案的有益效果是，该方案利用的是上述判断非必要迎风状况的方法和装置，在对是否为非必要迎风的状况判断完成后，只在不是非必要迎风的状况下，才转动机舱，在非必要迎风状况下，不转动机舱，这样就提高了风能捕捉率，有效减少了不必要的机舱转动，节约了电力，也减少了对偏航轴承等机械部件的磨损。
附图说明
图1为风电机组的结构图；
图2为现有的对风跟踪方法的流程图；
图3为本发明提供的判断非必要迎风状况的方法流程图；
图4为本发明提出的判断非必要迎风状况的装置结构图；
图5为本发明提出的对风跟踪的系统的结构图；
图6为本发明提出的对风跟踪系统一个具体实施例的结构图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
图3为本发明提供的判断非必要迎风状况的方法流程图。如图3所示，该方法包括：
步骤301：取风的第一样本，检测所述风的第一样本的风向，得到第一风向。
这里，风的第一样本可以为取一次风样所得到的样本，也可以为在一段时间内取多次风样所得到的样本的平均值，例如，可以取1至15次之中的任一次数。如果为在一段时间内取2次以上的风样，则需要对取得的各风样的风向信号进行补偿、滤波和平均化处理，以便使得到的第一风向最接近于这段时间内的平均风向，其中，补偿和滤波是为了对各风样的风向信号进行补偿和滤波处理，从而使各风样的风向信号最接近于取得该风样时的真实风向，而平均化处理，则是为了将一段时间内取得的多个风样的风向信号进行平均化，从而使得到的第一风向最接近于这段时间内的平均风向。
检测得到的第一风向是用来与风机朝向进行对比，从而判断风向是否发生改变的。
步骤302：判断第一风向与风机朝向之间的夹角是否小于转动临界角。
如果步骤302的判断结果为是，则执行步骤303；否则，依次执行步骤304和305。
这里，如果第一风向与风机朝向之间的夹角小于转动临界角，则意味着风向没有改变或改变很小，为非必要迎风状况；否则，第一风向与风机朝向之间的夹角大于或等于转动临界角，则意味着风向变化比较大，有可能不是非必要迎风状况，需要进一步判断。
步骤303：判断为非必要迎风状况；
步骤304：检测风的第一样本的风速;
这里，如果风的第一样本是对一段时间内取得的多个风样进行平均处理后的结果，则本步骤所述的检测风的第一样本的风速需要对每个风样中检测得到的风速进行补偿、滚动滤波和平均化处理，其中，补偿处理的目的是补偿风电机组的尾流对该风样的风速大小的影响，滚动滤波处理的目的是使各风样的风速最接近取该风样时的真实风速，平均化处理是将取得的所有风样的风速进行平均化处理，从而得到风的第一样本的风速，其目的是使得到的风的第一样本的风速最接近这一段时间内的平均风速。
步骤305：判断风的第一样本的风速是否小于第一临界风速，如果是，则执行步骤303；否则，执行步骤306。
这里，第一风向与风机朝向之间的夹角已大于或等于转动临界角，如果风的第一样本的风速小于第一临界风速，则意味着风向虽然变化比较大，但风速却很小，为非必要迎风状况；如果风的第一样本的风速大于或等于第一临界风速，则意味着在风向变化比较大的情况下，风的第一样本的风速也足够大，因而这种情况不是非必要迎风状况。
步骤306：判断为不是非必要迎风状况。
该方法中，在步骤301中检测风的第一样本的风向时，也可以同时检测其风速，这样可以提高对风向变化的反应速度。
这里，步骤302中所述的转动临界角一般比较小，例如，可以为0度至12度之间的任一角度，较优的，选用12度，当然，也可以为其他角度。
步骤305中所述的第一临界风速是指可以带动风电机组的叶片转动，进而带动风力发电机发电最小风速，也可以是指产出的电力恰好可以满足风电机组自身运转，如完成机舱转动等动作所需要的最小风速，其数值可以为0米/秒至2.4米/秒之间的任一速度，较优的，可以选2.4米/秒，当然，由于不同的风电机组有不同的第一临界风速，步骤305中所述的第一临界风速也可以为其他速度。
本发明还提出了一种对风跟踪的方法，该方法包括：
判断是否为非必要迎风状况；
在非必要迎风状况下，不转动机舱；否则，转动机舱；
其中，判断是否为非必要迎风状况的方法，判断方法为图3所示的判断非必要迎风状况的方法，即包括如下步骤：
步骤301：取风的第一样本，检测所述风的第一样本的风向，得到第一风向；
步骤302：判断第一风向与风机朝向之间的夹角是否小于转动临界角；
步骤303：判断为非必要迎风状况；
步骤304：检测风的第一样本的风速;
步骤305：判断风的第一样本的风速是否小于第一临界风速，如果是，则执行步骤303；否则，执行步骤306
步骤306：判断为不是非必要迎风状况。
这里，用图3所示的判断非必要迎风状况的方法判断出是否为非必要迎风状况后，只有在不是非必要迎风的状况下，才转动机舱，在非必要迎风状况下，不转动机舱，这样有效减少了不必要的机舱转动，节约了电力，也减少了对偏航轴承等机械部件的磨损。
在本发明提出的对风跟踪的方法中，转动机舱的方法可以为：转动机舱，使风机朝向与第一风向之间的夹角为180度，当然，这里的180度指的是在0度到360度的范围内的数值，其目的是使风机朝向变化到与第一风向为相对的风向。
本发明所提出的对风跟踪的方法中，转动机舱的速度是预先设定的，也可以为程序控制的，当然，也可以为其他方式确定的，比如为模糊控制产生的，速度的大小可以为任意数值，例如，可以为0度/分钟至19度/分钟之间的任一速度，考虑到风电机组转动惯量以及机组的载荷，较优的数值可以选为19度/分钟，这样，该方法中转动机舱的方法即为：以19度/分钟的速度转动机舱。当然，该速度的大小也可以为其他数值。另外，该速度的方向也可以通过预先设定，或程序设定，或模糊控制等任意方法进行设定，比如，设定为顺时针，或逆时针，或使风向与风机朝向之间的夹角减小的方向，或使风向与风机朝向之间的夹角增大的方向等等。
本发明中，在判断是否为非必要迎风状况的方法中，当判断风的第一样本的风速大于第一临界风速之后，该方法进一步包括：判断风的第一样本的风速是否大于第二临界风速；如果是，则转动机舱，使风机朝向与第一风向垂直，这时该风电机组进入自动保护程序，从而保证自身在大风中的安全。
在判断风的第一样本的风速大于第一临界风速之后，可以认为风速已经足够大，可以用于发电了，这里进一步判断风的第一样本的风速是否大于第二临界风速，如果是，则说明风速过大，可能会造成对风电机组的破坏，因而在这种情况下，进入自动保护程序，转动机舱，使风机朝向与第一风向垂直，这样就可以最大限度地躲避大风的能量，防止大风对风电机组的破坏；如果风的第一样本的风速小于第二临界风速，则说明不是非必要迎风状况，风力也不是特别大，正适合进行风力发电。
这里，第二临界风速可以为大于第一临界风速的任一速度，例如，可以为20米/秒至25米/秒之间的任一速度，较优的，选用25米/秒。当然，由于不同的风电机组所能承受的最大风速也是不同的，因此该第二临界风速也可以为其他速度，如20米/秒。
图4为本发明提出的判断非必要迎风状况的装置结构图。如图4所示，该装置包括风取样和检测部件401、控制部件402和风机朝向检测装置403，其中：
风取样和检测部件401用于，取风的第一样本，检测风的第一样本的风向，得到第一风向，将第一风向发送到控制部件402；检测风的第一样本的风速，将风的第一样本的风速发送到控制部件402；
风机朝向检测装置403用于，检测风机朝向，并将风机朝向发送给控制部件402；
控制部件402用于，判断第一风向与风机朝向之间的夹角是否小于转动临界角，如果是，则判断为非必要迎风状况；否则，通知风取样和检测部件401对风的第一样本的风速进行检测；判断风取样和风速检测部件401发送的风的第一样本的风速是否小于第一临界风速，如果是，则判断为非必要迎风状况；否则，判断为不是非必要迎风状况。
转动临界角一般比较小，例如，可以为0度至12度之间的任一角度，较优的，选用12度，当然，也可以为其他角度值。
第一临界风速是指可以带动风电机组的叶片转动，进而带动风力发电机发电最小风速，也可以是指产出的电力恰好可以满足风电机组自身运转，如完成机舱转动等动作所需要的最小风速，其数值可以为0米/秒至2.4米/秒之间的任一速度，较优的，可以选2.4米/秒，当然，由于不同的风电机组有不同的第一临界风速，第一临界风速也可以为2.4米/秒以外的其他速度。
图5为本发明提出的对风跟踪的系统的结构图。如图5所示，该系统包括：风取样和检测部件501、控制部件502、机舱转动装置503和风机朝向检测装置504，其中：
风取样和检测部件501用于，取风的第一样本，检测风的第一样本的风向，得到第一风向，将第一风向发送到控制部件502；检测风的第一样本的风速，将风的第一样本的风速发送到控制部件502；
风机朝向检测装置504用于，检测风机朝向，并将风机朝向发送给所述控制部件502；
控制部件502用于，判断第一风向与风机朝向之间的夹角是否小于转动临界角，如果是，则判断为非必要迎风状况；否则，通知风取样和检测部件501对风的第一样本的风速进行检测；判断风取样和风速检测部件501发送的风的第一样本的风速是否小于第一临界风速，如果是，则判断为非必要迎风状况；否则，判断为不是非必要迎风状况；在不为非必要迎风状况下，向机舱转动装置503发送机舱转动命令；
机舱转动装置503用于，根据控制部件502发送的机舱转动命令，转动机舱。
本发明中，机舱转动装置503用于，根据控制部件502发送的机舱转动命令，以0度/分钟至19度/分钟之间的任一速度转动机舱，使风机朝向与第一风向之间的夹角为180度。
当然，这里的180度指的是在0度到360度的范围内的数值，其目的是使风机朝向变化到与第一风向为相对的风向。
该装置中，机舱转动装置503转动机舱的速度可以是预先设定的，也可以为程序控制的，当然，也可以为其他方式确定的，比如为模糊控制产生的，速度的大小可以为任意数值，例如，可以为0度/分钟至19度/分钟之间的任一速度，较优的，可以选19度/分钟。当然，该速度的大小也可以为其他数值。另外，该速度的方向也可以通过预先设定，或程序设定，或模糊控制等任意方法进行设定，比如，设定为顺时针，或逆时针，或使风向与风机朝向之间的夹角减小的方向，或使风向与风机朝向之间的夹角增大的方向等等。
本发明中，风机朝向检测装置包括增量式编码器，该增量式编码器用于检测风机朝向。在实际应用中，由于绝对值编码器的价格比较昂贵，而且将其应用于风机朝向检测装置时，需要在控制部件502中配置专用的模块来接受绝对值编码器所产生的信号，例如，在对风跟踪的系统的一个实施例中，风机朝向检测装置配置绝对值编码器，该编码器所采用的通信协议为SSI协议，则为了与之进行匹配，控制部件502就需要配备专门的通信接口模块，而且采用不同的控制部件502，所配备的通信接口模块也有所不同，这会影响系统的通用性，也会增加研制和使用该系统的成本。
与之相比较，增量式编码器的价格比较低，而且在使用中，增量式编码器只需要用两路相位相差90度的高速脉冲即可表示当前的风机朝向，在本发明的一个实施例中，控制部件502采用可编程逻辑控制器（PLC），因此，增量式编码器产生的这两路高速脉冲发送到PLC之后，PLC不需要配备专门的接口模块，只需通过自身的程序处理算法即可处理这两路高速脉冲，从而获得精确的风机朝向数据。因此，相对于绝对值编码器，在风机朝向检测装置中使用增量式编码器，成本更低，通用性也更好。
另外，风机朝向检测装置采用增量式编码器和绝对值编码器的精度大致相同，都可以达到0.03506度以上。
控制部件502进一步用于，判断风的第一样本的风速是否大于第二临界风速；如果是，则向机舱转动装置503发送机舱躲避命令；否则，判断为不是非必要迎风状况；其中，第二临界风速为20米/秒至25米/秒之间的任一速度；
机舱转动装置503进一步用于，根据控制部件502发送的机舱躲避命令，转动机舱，使风机朝向与第一风向垂直。
这里，第二临界风速为风电机组所能承受的最大风速，如果风速超过第二临界风速，则风速过大，可能会破坏风电机组，因此，本发明中，控制部件502命令机舱转动装置503转动机舱，使风机朝向与第一风向垂直，从而使机组进入自我保护程序，最大程度地降低大风可能对风电机组造成的破坏，
不同的风电机组所能承受的最大风速不同，因而第二临界风速也有所不同，例如，可以选用20米/秒至25米/秒之间的任一速度，在本发明的一个实施例中，第二临界风速为25米/秒，当然，在本发明的其他实施例中，该第二临界风速也可以为其他速度，如，选用20米/秒。
本发明所提出的对风跟踪的系统中，进一步包括功率检测装置、转速检测装置和故障判断装置，其中，
功率检测装置用于，在机舱转动装置503转动机舱时，检测机舱转动装置503的输出功率，并将机舱转动装置503的输出功率发送到故障判断装置；
转速检测装置用于，在机舱转动装置503转动机舱时，检测机舱的转速，并将机舱的转速发送到故障判断装置；
故障判断装置用于，判断机舱转动装置503的输出功率是否超过临界功率，如果是，则发出功率故障信号；判断机舱的转速是否低于临界转速，如果是，则发出转速故障信号。
本发明所提出的对风跟踪的系统中，通过设置功率检测装置、转速检测装置以及故障判断装置，可以在机舱转动装置503转动机舱时，检测机舱转动装置503的输出功率以及机舱的转速，进而由故障判断装置判断该输出功率是否超出临界功率，以及该转速是否低于临界转速，如果是，则说明机舱在转动过程中存在超过临界值的阻力，存在这种阻力属于非正常情况，应该进行报警，等待修复，同时，由于临界功率和临界转速的设置考虑了风电机组轴承的载荷以及对风跟踪系统自身的震动和噪声，因此，本发明所提出的对风跟踪的系统中，进一步包括功率检测装置、转速检测装置和故障判断装置，可以减少风电机组的震动以及噪声所造成的影响。
本发明所提出的对风跟踪的系统中，还可以进一步包括温度检测装置和故障判断装置，其中，
温度检测装置用于，检测机舱的温度，并将机舱的温度发送到故障判断装置；
故障判断装置用于，判断机舱的温度是否超过临界温度，如果是，则发出高温故障信号。
本发明所提出的对风跟踪的系统中，通过设置温度检测装置和故障判断装置，可以判断机舱的温度是否超过临界温度，如果是，则说明存在故障，应该进行报警，等待修复。
图6为本发明提出的对风跟踪系统一个具体实施例的结构图。如图6所示，本实施例中所述的对风跟踪系统包括：测风仪601、位置控制器602、调速器604、驱动电机606、PLC605、面板显示和控制器607，另外，图6中还包括风电机组的机舱603，其中：
测风仪601即为前述的风取样和检测部件，可以用于检测风的第一样本的风向和风速，PLC605为前述的控制部件，用于根据测风仪601测得的风的第一样本的风向和风速，判断是否为非必要迎风状况；在不是非必要迎风状况下，向调速器604发送机舱转动命令；
调速器604和驱动电机606构成前述的机舱转动装置603，调速器604用于根据PLC605发送的机舱转动命令，控制驱动电机606转动机舱603；驱动电机606用于在调速器604的控制下，转动机舱603；
位置控制器602为风机朝向检测装置，用于检测风机朝向；该位置控制器602中的编码器采用增量式编码器；
面板显示和控制器607为人机交互界面，可以用来显示测风仪601测得的风速和风向、位置控制器602测得的风机朝向、PLC605所判断的非必要迎风状况以及发送的机舱转动命令等信息，也可以用来接收外部的控制信号，进而控制PLC605、位置控制器602和调速器604等的工作。
图6所示的对风跟踪系统的工作流程如下：
测风仪601取出风的第一样本，检测风的第一样本的风向和风速，得到第一风向和风的第一样本的风速，并将第一风向和风的第一样本的风速发送到PLC605；
PLC605判断第一风向与风机朝向之间的夹角的绝对值是否小于12度，即第一风向与风机朝向之间的夹角是否小于正12度或负12度，如果是，则判断为非必要迎风状况；否则：PLC605判断风速是否小于2.4米/秒，如果是，则判断为非必要迎风状况；否则，判断为不是非必要迎风状况。
如果PLC605判断当前风向的变化不是非必要迎风状况，则PLC605通知位置控制器602检测风机朝向；位置控制器602检测得到风机朝向后，将风机朝向发送给PLC605；PLC605计算风机朝向与第一风向之间的夹角，并根据该夹角，向调速器604发送机舱转动命令；调速器604根据机舱转动命令，控制驱动电机606以19度/分钟的速度转动机舱603，使风机朝向与第一风向之间的夹角为180度。
另外，如果测风仪601测得的风的第一样本的风速大于25米/秒，则PLC605向调速器604发送机舱躲避命令；调速器604根据PLC605发送的机舱躲避命令，控制驱动电机606转动机舱603，使风机朝向与第一风向垂直。
由此可见，本发明具有以下优点：
（1）本发明中，由于在取出风的第一样本，并且检测得到风的第一样本的风向、即第一风向后，会判断第一风向与风机朝向之间的夹角是否小于转动临界角，是则意味着第一风向与风机朝向相差很小，为非必要迎风状况；否则检测风的第一样本的风速，并判断该风速是否小于第一临界风速，是则说明风向虽然变了，但风速很小，为非必要迎风状况；如果第一风向相对风机朝向的变化大于或等于转动临界角，并且风速也大于或等于第一临界风速，则说明这已经不是非必要迎风状况。因此，本发明能判断风向的改变是否为非必要迎风状况。
（2）本发明中，只有在不是非必要迎风的状况下，才转动机舱，在非必要迎风状况下，不转动机舱，这样就有效减少了不必要的机舱转动，节约了电力，也减少了对偏航轴承等机械部件的磨损。
（3）本发明中，由于在取得多个风样后，对各风样的风向和风速进行了补偿、滤波和平均化处理，得到第一风向和风的第一样本的风速，因此，本发明得到的风向和风速数据最接近于当前一段时间内的风向和风速的真实值，这进一步优化了判断非必要迎风状况的方案，使判断结果更加准确，利用本发明的方案，追踪到的风向的实时性和有效性都远远高于现有技术，应用该方法的风电机组的发电效率也更高。
（4）本发明中，由于设置了功率检测装置、转速检测装置以及故障判断装置，当机舱转动装置的输出功率超过临界功率，或者机舱的转速低于临界转速时，故障判断装置会报警等待修复，因此，本发明能够消除现有技术中的对风跟踪装置因为发生转动力矩过大或过小等原因而产生的机舱输出功率过大或过小、转速过低等问题，同时也可以减少风电机组的震动以及噪声所造成的影响。
（5）本发明中，由于设置了温度检测装置和故障判断装置，当温度检测装置检测到机舱中某个位置的温度超过临界温度，例如，机舱转动装置中的某个驱动点的温度超过临界温度时，故障判断装置能够进行报警，等待修复，因此，本发明的安全性比较高，不会发生类似风电机组的机舱转动装置因某个驱动点工作过热而烧坏的情况，从而保证机组在对风跟踪过程中的可靠性。
（6）本发明中，提供了两种风机朝向检测装置中的编码器选择方案，这两种方案的检测精度相当，而选用增量式编码器的方案，采用硬件与PLC控制程序的有机结合，降低了设计成本，在保证机组控制精度的前提下，提高了经济效益。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种判断非必要迎风状况的方法，其特征在于，该方法包括：
步骤1：取风的第一样本，检测所述风的第一样本的风向，得到第一风向；
步骤2：判断所述第一风向与风机朝向之间的夹角是否小于转动临界角；
步骤3：如果步骤2的判断结果为是，则执行步骤3-1，否则执行步骤3-2；
步骤3-1：判断为非必要迎风状况；
步骤3-2：检测所述风的第一样本的风速；判断所述风的第一样本的风速是否小于第一临界风速，如果是，则判断为非必要迎风状况；否则，判断为不是非必要迎风状况。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述转动临界角为0度至12度之间的任一角度。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一临界风速为0米/秒至2.4米/秒之间的任一速度。
4.一种对风跟踪的方法，其特征在于，该方法包括：
判断是否为非必要迎风状况；在非必要迎风状况下，不转动机舱；否则，转动机舱，使风机朝向与第一风向之间的夹角为180度；
其中，所述判断是否为非必要迎风状况的方法为：
步骤1：取风的第一样本，检测所述风的第一样本的风向，得到第一风向；
步骤2：判断所述第一风向与风机朝向之间的夹角是否小于转动临界角；
步骤3：如果步骤2的判断结果为是，则执行步骤3-1，否则执行步骤3-2；
步骤3-1：判断为非必要迎风状况；
步骤3-2：检测所述风的第一样本的风速；判断所述风的第一样本的风速是否小于第一临界风速，如果是，则判断为非必要迎风状况；否则，判断为不是非必要迎风状况。
5.一种判断非必要迎风状况的装置，其特征在于，该装置包括风取样和检测部件、风机朝向检测装置和控制部件，其中：
所述风取样和检测部件用于，取风的第一样本，检测所述风的第一样本的风向，得到第一风向，将所述第一风向发送到所述控制部件；检测所述风的第一样本的风速，将所述风的第一样本的风速发送到所述控制部件；
所述风机朝向检测装置用于，检测风机朝向，并将所述风机朝向发送给所述控制部件；
所述控制部件用于，判断所述第一风向与风机朝向之间的夹角是否小于转动临界角，如果是，则判断为非必要迎风状况；否则，通知所述风取样和检测部件对所述风的第一样本的风速进行检测；判断所述风取样和风速检测部件发送的所述风的第一样本的风速是否小于第一临界风速，如果是，则判断为非必要迎风状况；否则，判断为不是非必要迎风状况。
6.一种对风跟踪的系统，其特征在于，该系统包括：风取样和检测部件、风机朝向检测装置、控制部件和机舱转动装置，其中：
所述风取样和检测部件用于，取风的第一样本，检测所述风的第一样本的风向，得到第一风向，将所述第一风向发送到所述控制部件；检测所述风的第一样本的风速，将所述风的第一样本的风速发送到所述控制部件；
所述风机朝向检测装置用于，检测风机朝向，并将所述风机朝向发送给所述控制部件；
所述控制部件用于，判断所述第一风向与风机朝向之间的夹角是否小于转动临界角，如果是，则判断为非必要迎风状况；否则，通知所述风取样和检测部件对所述风的第一样本的风速进行检测；判断所述风取样和风速检测部件发送的所述风的第一样本的风速是否小于第一临界风速，如果是，则判断为非必要迎风状况；否则，判断为不是非必要迎风状况；在不为非必要迎风状况下，向所述机舱转动装置发送机舱转动命令；
所述机舱转动装置用于，根据所述控制部件发送的所述机舱转动命令，转动机舱。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述机舱转动装置用于，根据所述控制部件发送的所述机舱转动命令，以0度/分钟至19度/分钟之间的任一速度转动机舱，使风机朝向与所述第一风向之间的夹角为180度。
8.根据权利要求6或7所述的系统，其特征在于，所述风机朝向检测装置包括增量式编码器，所述增量式编码器用于检测风机朝向。
9.根据权利要求6或7所述的系统，其特征在于，
所述控制部件进一步用于，判断所述风的第一样本的风速是否大于第二临界风速；如果是，则向所述机舱转动装置发送机舱躲避命令；否则，判断为不是非必要迎风状况；其中，所述第二临界风速为20米/秒至25米/秒之间的任一速度；
所述机舱转动装置进一步用于，根据所述控制部件发送的所述机舱躲避命令，转动机舱，使风机朝向与所述第一风向垂直。
10.根据权利要求6或7所述的系统，其特征在于，该系统进一步包括功率检测装置、转速检测装置和故障判断装置，其中，
所述功率检测装置用于，在所述机舱转动装置转动机舱时，检测所述机舱转动装置的输出功率，并将所述机舱转动装置的输出功率发送到所述故障判断装置；
所述转速检测装置用于，在所述机舱转动装置转动机舱时，检测所述机舱的转速，并将所述机舱的转速发送到所述故障判断装置；
所述故障判断装置用于，判断所述机舱转动装置的输出功率是否超过临界功率，如果是，则发出功率故障信号；判断所述机舱的转速是否低于临界转速，如果是，则发出转速故障信号。
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