CN104454348A - 一种风力发电机组偏航控制方法及装置 - Google Patents

一种风力发电机组偏航控制方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种风力发电机组偏航控制方法及装置，该方法包括：采用风况识别方法，判断当前风向的类型为趋势型风向还是波动型风向；若所述风向为波动型风向，在偏航停止时，采用欠偏航控制；若所述风向为趋势型风向，判断所述趋势型风向是否为调头风；若是，在偏航停止时，采用欠偏航控制；若否，在偏航停止时，采用过偏航控制。该方法将风向分成了波动型风向与趋势型风向，且判断趋势型风向是否存为调头风，并对于不同类型的风向采取不同的偏航停止控制方式，实现提高偏航对风精度，减少风力发电机组偏航次数，进而降低风力发电机组的故障发生概率，提高风力发电机组的发电量。

Description

一种风力发电机组偏航控制方法及装置
技术领域
本发明涉及风力发电的技术领域，特别是涉及一种风力发电机组偏航控制方法及装置。
背景技术
目前大型风力发电机组的偏航控制通常根据风向传感器传回的风向信号对机组偏航进行控制，当风向改变，超过允许的误差范围时，控制器发出的自动偏航指令，偏航系统执行误差修正的动作，当风向与叶轮法线角度达到一定的误差范围内时，偏航动作停止。
这种传统的偏航控制方法没有根据风向变化规律进行偏航调节，在某些风况下，会出现连续偏航的情况，此情况下偏航时间间隔较短，同时偏航次数较多，因此，在机组多年运行后，偏航系统会出现电气、机械故障，给机组稳定安全运行带来影响，同时，一定程度影响机组的寿命。
发明内容
本发明的目的是提供一种风力发电机组偏航控制方法及装置，以实现提高偏航对风精度，减少风力发电机组偏航次数，进而降低风力发电机组的故障发生概率，提高风力发电机组的发电量。
为解决上述技术问题，本发明提供一种风力发电机组偏航控制方法，该方法包括：
采用风况识别方法，判断当前风向的类型为趋势型风向还是波动型风向；
若所述风向为波动型风向，在偏航停止时，采用欠偏航控制；
若所述风向为趋势型风向，判断所述趋势型风向是否为调头风；若是，在偏航停止时，采用欠偏航控制；若否，在偏航停止时，采用过偏航控制。
优选的，所述风况识别方法包括斜率判断方法。
优选的，所述采用风况识别方法，对当前风向的类型进行判断，包括：
依据当前风向的变化特征，选取拟合点数；
对所述拟合点数进行最小二乘直线拟合，获取斜率；
利用所述斜率判断所述风向的类型。
优选的，所述利用所述斜率判断所述风向的类型，包括：
将所述斜率与临界斜率进行比较；
若所述斜率大于临界斜率，则判断所述风向为趋势型风向；
若所述斜率小于临界斜率，则判断所述风向为波动型风向。
优选的，所述若所述风向为趋势型风向，判断所述趋势型风向是否为调头风，包括：
若所述风向为趋势型风向，依据当前时间之前的斜率变化规律判断所述风向；
若所述斜率变化规律为连续增大或者连续减小，则判断所述风向为调头风。
本发明还提供一种风力发电机组偏航控制装置，该装置包括：
第一判断模块，用于采用风况识别方法，判断当前风向的类型为趋势型风向还是波动型风向；
第一控制模块，用于若所述风向为波动型风向，在偏航停止时，采用欠偏航控制；
第二判断模块，用于若所述风向为趋势型风向，判断所述趋势型风向是否为调头风；
第二控制模块，用于当所述趋势型风向是调头风时，在偏航停止时，采用欠偏航控制；当所述趋势型风向不是调头风时，在偏航停止时，采用过偏航控制。
优选的，所述风况识别方法包括斜率判断方法。
优选的，所述第一判断模块包括：
选取单元，用于依据当前风向的变化特征，选取拟合点数；
拟合单元，用于对所述拟合点数进行最小二乘直线拟合，获取斜率；
判断单元，用于利用所述斜率判断所述风向的类型。
本发明所提供的一种风力发电机组偏航控制方法及装置，采用风况识别方法，判断当前风向的类型为趋势型风向还是波动型风向；若所述风向为波动型风向，在偏航停止时，采用欠偏航控制；若所述风向为趋势型风向，判断所述趋势型风向是否为调头风；若是，在偏航停止时，采用欠偏航控制；若否，在偏航停止时，采用过偏航控制。可见，将风向分成了波动型风向与趋势型风向，且判断趋势型风向是否存为调头风，并对于不同类型的风向采取不同的偏航停止控制方式，实现提高偏航对风精度，减少风力发电机组偏航次数，进而降低风力发电机组的故障发生概率，提高风力发电机组的发电量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所提供的风力发电机组偏航控制方法的流程图；
图2为本发明中风力发电机组进行合理偏航后的效果对比图；
图3为本发明中风况识别的斜率判断图；
图4为本发明中调头风的斜率判断图；
图5为本发明实施例所提供的风力发电机组偏航控制装置的结构图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种风力发电机组偏航控制方法及装置，以实现提高偏航对风精度，减少风力发电机组偏航次数，进而降低风力发电机组的故障发生概率，提高风力发电机组的发电量的目的。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图1，图1为本发明实施例所提供的风力发电机组偏航控制方法的流程图，该方法包括：
步骤S101：采用风况识别方法；
其中，此风况识别方法为根据风向的特点，利用数学语言将风向划分为趋势型风向和波动型风向区分开来。
步骤S102：判断当前风向的类型为趋势型风向还是波动型风向；若为波动型风向，进入步骤S103；若为趋势型风向，进入步骤S104；
步骤S103：在偏航停止时，采用欠偏航控制；
步骤S104：判断所述趋势型风向是否为调头风；若是，进入步骤S105；若否，进入步骤S106；
步骤S105：在偏航停止时，采用欠偏航控制；
步骤S106：在偏航停止时，采用过偏航控制。
例如，请参考图2，图2为本发明中风力发电机组进行合理偏航后的效果对比图。图2中的横坐标为时间轴，单位为秒，且所取风速风向数据时间间隔为1s，纵坐标为角度，即风向角度与机舱位置角度，单位为度。其中，T1为风向处理后的平滑趋势图线，T2为传统的风力发电机组偏航控制方法下机舱位置的变化曲线，T3为本发明的风力发电机组偏航控制方法下机舱位置的变化曲线，从图中可见，基于本发明提供的风力发电机组偏航控制方法，分别对趋势型风向、调头风及波动型风向进行不同的偏航控制，进行了合理的过偏航与欠偏航处理，相对于传统的风力发电机组偏航控制方法有较好的偏航效果。
其中，偏航次数平均减少比例达30.7％，本发明平均每天偏航次数为42.7次，平均每小时偏航为1.78次；连续偏航次数减少比例达69.05％，本发明平均每天发生连续偏航的次数为0.928次；偏航总时间几乎与传统偏航控制持平，占机组运行总时间的平均百分比为0.953％；偏航效率提高了0.33％，为97.95％，即是对风精度提高了。
本发明所提供的风力发电机组偏航控制方法，采用风况识别方法，判断当前风向的类型为趋势型风向还是波动型风向；若所述风向为波动型风向，在偏航停止时，采用欠偏航控制；若所述风向为趋势型风向，判断所述趋势型风向是否为调头风；若是，在偏航停止时，采用欠偏航控制；若否，在偏航停止时，采用过偏航控制。可见，该方法将风向分成了波动型风向与趋势型风向，且判断趋势型风向是否存为调头风，并对于不同类型的风向采取不同的偏航停止控制方式，实现提高偏航对风精度，减少风力发电机组偏航次数，进而降低风力发电机组的故障发生概率，提高风力发电机组的发电量。
基于上述实施例，优选的，所述风况识别方法包括斜率判断方法。
基于步骤S101及步骤S102：采用风况识别方法，判断当前风向的类型为趋势型风向还是波动型风向，此步骤优选采用以下步骤实现：
步骤S201：依据当前风向的变化特征，选取拟合点数；
步骤S202：对所述拟合点数进行最小二乘直线拟合，获取斜率；
步骤S203：利用所述斜率判断所述风向的类型。
基于步骤S203：利用所述斜率判断所述风向的类型，步骤S203优选采用以下步骤实现：
步骤S301：将所述斜率与临界斜率进行比较；
步骤S302：若所述斜率大于临界斜率，则判断所述风向为趋势型风向；
步骤S303：若所述斜率小于临界斜率，则判断所述风向为波动型风向。
例如，请参考图3，图3为本发明中风况识别的斜率判断图，如图3所示，图中斜率K1，K2，K3，K4，K5为每个程序周期内对风向角度值θ最小二乘拟合的斜率值，这只是斜率示意图，不代表实际风向拟合结果，每次拟合取时间长度为T，在T内取N组数据进行最小二乘直线拟合，得到斜率K，再与临界斜率K0进行比较，若|K|>K0，则判断为趋势型风向，若|K|<K0，则判断为波动型风向。
基于步骤S104中的：若所述风向为趋势型风向，判断所述趋势型风向是否为调头风，优选采用以下步骤实现：
步骤S401：若所述风向为趋势型风向，依据当前时间之前的斜率变化规律判断所述风向；
步骤S402：若所述斜率变化规律为连续增大或者连续减小，则判断所述风向为调头风。
例如，请参考图4，图4为本发明中调头风斜率的判断图，如图4所示，需进一步判断是否为调头风，|Ki|(i＝1、2、3…)>K0，则对当前时刻前一定时间长度t(t<T)内取n组数据进行最小二乘直线拟合，得到斜率为k，对当前时刻前m次斜率ki-m+1,ki-m+2…ki变化规律进行判断，若存在连续增大或者连续减小的规律，则此刻风向为调头风。
基于上述优选，本发明所提供的风力发电机组偏航控制方法，依据当前风向的变化特征，选取拟合点数；对所述拟合点数进行最小二乘直线拟合，获取斜率；所述斜率与临界斜率进行比较；若所述斜率大于临界斜率，则判断所述风向为趋势型风向；所述斜率小于临界斜率，则判断所述风向为波动型风向。
进一步的，若所述风向为波动型风向，在偏航停止时，采用欠偏航控制；若所述风向为趋势型风向，判断所述趋势型风向是否为调头风；若所述斜率变化规律为连续增大或者连续减小，则判断所述风向为调头风；若是调头风，在偏航停止时，采用欠偏航控制；若不是，在偏航停止时，采用过偏航控制。可见，该方法将风向分成了波动型风向与趋势型风向，且判断趋势型风向是否存为调头风，并对于不同类型的风向采取不同的偏航停止控制方式，实现提高偏航对风精度，减少风力发电机组偏航次数，进而降低风力发电机组的故障发生概率，提高风力发电机组的发电量。
请参考图5，图5为本发明实施例所提供的风力发电机组偏航控制装置的结构图，该装置包括：
第一判断模块11，用于采用风况识别方法，判断当前风向的类型为趋势型风向还是波动型风向；
第一控制模块12，用于若所述风向为波动型风向，在偏航停止时，采用欠偏航控制；
第二判断模块13，用于若所述风向为趋势型风向，判断所述趋势型风向是否为调头风；
第二控制模块14，用于当所述趋势型风向是调头风时，在偏航停止时，采用欠偏航控制；当所述趋势型风向不是调头风时，在偏航停止时，采用过偏航控制。
优选的，所述风况识别方法包括斜率判断方法。
优选的，所述第一判断模块11包括：
选取单元，用于依据当前风向的变化特征，选取拟合点数；
拟合单元，用于对所述拟合点数进行最小二乘直线拟合，获取斜率；
判断单元，用于利用所述斜率判断所述风向的类型。
本发明所提供的一种风力发电机组偏航控制装置，第一判断模块11采用风况识别方法，判断当前风向的类型为趋势型风向还是波动型风向，第一控制模块12在所述风向为波动型风向时，在偏航停止时，采用欠偏航控制，第二判断模块13在所述风向为趋势型风向时，判断所述趋势型风向是否为调头风，第二控制模块14在当所述趋势型风向是调头风时，在偏航停止时，采用欠偏航控制；且在当所述趋势型风向不是调头风时，在偏航停止时，采用过偏航控制。可见，该装置将风向分成了波动型风向与趋势型风向，且判断趋势型风向是否存为调头风，并对于不同类型的风向采取不同的偏航停止控制方式，实现提高偏航对风精度，减少风力发电机组偏航次数，进而降低风力发电机组的故障发生概率，提高风力发电机组的发电量。
综上所述，本发明所提供的一种风力发电机组偏航控制方法及装置，采用风况识别方法，判断当前风向的类型为趋势型风向还是波动型风向；若所述风向为波动型风向，在偏航停止时，采用欠偏航控制；若所述风向为趋势型风向，判断所述趋势型风向是否为调头风；若是，在偏航停止时，采用欠偏航控制；若否，在偏航停止时，采用过偏航控制。可见，将风向分成了波动型风向与趋势型风向，且判断趋势型风向是否存为调头风，并对于不同类型的风向采取不同的偏航停止控制方式，实现提高偏航对风精度，减少风力发电机组偏航次数，进而降低风力发电机组的故障发生概率，提高风力发电机组的发电量。
以上对本发明所提供的一种风力发电机组偏航控制方法及装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种风力发电机组偏航控制方法，其特征在于，包括：
采用风况识别方法，判断当前风向的类型为趋势型风向还是波动型风向；
若所述风向为波动型风向，在偏航停止时，采用欠偏航控制；
若所述风向为趋势型风向，判断所述趋势型风向是否为调头风；若是，在偏航停止时，采用欠偏航控制；若否，在偏航停止时，采用过偏航控制。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述风况识别方法包括斜率判断方法。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述采用风况识别方法，对当前风向的类型进行判断，包括：
依据当前风向的变化特征，选取拟合点数；
对所述拟合点数进行最小二乘直线拟合，获取斜率；
利用所述斜率判断所述风向的类型。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述利用所述斜率判断所述风向的类型，包括：
将所述斜率与临界斜率进行比较；
若所述斜率大于临界斜率，则判断所述风向为趋势型风向；
若所述斜率小于临界斜率，则判断所述风向为波动型风向。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述若所述风向为趋势型风向，判断所述趋势型风向是否为调头风，包括：
若所述风向为趋势型风向，依据当前时间之前的斜率变化规律判断所述风向；
若所述斜率变化规律为连续增大或者连续减小，则判断所述风向为调头风。
6.一种风力发电机组偏航控制装置，其特征在于，包括：
第一判断模块，用于采用风况识别方法，判断当前风向的类型为趋势型风向还是波动型风向；
第一控制模块，用于若所述风向为波动型风向，在偏航停止时，采用欠偏航控制；
第二判断模块，用于若所述风向为趋势型风向，判断所述趋势型风向是否为调头风；
第二控制模块，用于当所述趋势型风向是调头风时，在偏航停止时，采用欠偏航控制；当所述趋势型风向不是调头风时，在偏航停止时，采用过偏航控制。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述风况识别方法包括斜率判断方法。
8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一判断模块包括：
选取单元，用于依据当前风向的变化特征，选取拟合点数；
拟合单元，用于对所述拟合点数进行最小二乘直线拟合，获取斜率；
判断单元，用于利用所述斜率判断所述风向的类型。
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