CN105041570A - 风电机组偏航控制方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种风电机组偏航控制方法和装置，方法包括：当风电机组的风向传感器出现故障时，提取与故障风电机组相邻的一个相邻风电机组的当前运行数据，并获取该当前运行数据所表征的当前时刻的第一风信息；提取故障风电机组的各时刻下的历史运行数据，并获取各时刻下历史运行数据所表征的风信息中与第一风信息相匹配的第二风信息；根据第二风信息对故障风电机组进行偏航控制。本发明的技术方案实现了在风向传感器出现故障时，使风电机组正常运行，有效提高了风电机组的可利用率和发电量。

Description

风电机组偏航控制方法和装置
技术领域
本发明涉及风电技术领域，尤其涉及一种风电机组偏航控制方法和装置。
背景技术
随着风力发电技术的迅速发展，各种环境下的风电场都被开发出来，而风力发电机组(简称“风电机组”)可能在严寒、风沙等恶劣气候条件下出现故障，尤其是风电机组上的风向传感器，极端气候或者长时间运行老化会造成风向传感器出现故障。
一旦风向传感器出现故障，就需要技术人员在较好的气候条件下进行修理或者更换风向传感器，而在风向传感器被修好或者更换之前的这段时间里，风电机组无法偏航对风获取最大风能，甚至停机，严重影响了风电机组的可利用率和发电量。
发明内容
本发明的实施例提供一种风电机组偏航控制方法和装置，以实现在风向传感器出现故障的情况下，对风电机组进行对风偏航控制，进而提高风电机组的发电量和利用率。
为达到上述目的，本发明的实施例提供了一种风电机组偏航控制方法，包括：
当风电机组的风向传感器出现故障时，提取与故障风电机组相邻的一个相邻风电机组的当前运行数据，并获取该当前运行数据所表征的当前时刻的第一风信息；
提取所述故障风电机组的各时刻下的历史运行数据，并获取各时刻下所述历史运行数据所表征的风信息中与所述第一风信息相匹配的第二风信息；
根据所述第二风信息对所述故障风电机组进行偏航控制。
本发明的实施例还提供了一种风电机组偏航控制装置，包括：
第一风信息获取单元，用于当风电机组的风向传感器出现故障时，提取与故障风电机组相邻的一个相邻风电机组的当前运行数据，并获取该当前运行数据所表征的当前时刻的第一风信息；
第二风信息获取单元，用于提取所述故障风电机组的各时刻下的历史运行数据，并获取各时刻下所述历史运行数据所表征的风信息中与所述第一风信息相匹配的第二风信息；
偏航控制单元，用于根据所述第二风信息对所述故障风电机组进行偏航控制。
本发明实施例提供的风电机组偏航控制方法和装置，当风电机组的风向传感器出现故障时，利用相邻风电机组的当前运行数据所表征的第一风信息，获取故障风电机组的历史运行数据所表征的与第一风信息相匹配的第二风信息，根据第二风信息对故障风电机组进行偏航控制，保证风电机组正常运行，有效提高了风电机组的可利用率和发电量。
附图说明
图1为本发明提供的风电机组偏航控制方法一个实施例的方法流程图；
图2为本发明提供的风电机组偏航控制方法另一个实施例的方法流程图；
图3为本发明提供的风电机组机舱偏航位置检测样例图；
图4为本发明提供的风电机组偏航控制装置一个实施例的结构示意图；
图5为本发明提供的风电机组偏航控制装置另一个实施例的结构示意图。
附图标号说明
401-第一风信息获取单元、402-第二风信息获取单元、4021-历史时刻获取子单元、4022-第二风信息获取子单元、403-偏航控制单元、4031-检测角度确定子单元、4032-偏航控制子单元、404-角度获取单元、405-风向传感器故障检测单元。
具体实施方式
本发明的实施例通过获取位于故障风电机组附近的相邻风电机组的当前运行数据所表征的第一风信息，来获取故障风电机组的历史运行数据中所表征的与第一风信息相匹配的第二风信息，并根据第二风信息对故障风电机组进行对风偏航控制操作。本发明实施例的技术方案可以适用于各种风电机组在风向传感器出现故障时的对风偏航控制。
实施例一
图1为本发明提供的风电机组偏航控制方法一个实施例的方法流程图，该方法的执行主体可以为用于控制风电场中各风电机组运行状态的集成控制装置。如图1所示，该风电机组偏航控制方法包括：
S101，当风电机组的风向传感器出现故障时，提取与故障风电机组相邻的一个相邻风电机组的当前运行数据，并获取该当前运行数据所表征的当前时刻的第一风信息。
通常，在一个风电场中，位置相邻的各风电机组所处的风环境(风速、风向)是相似的，而风电机组所处位置的风环境信息可以通过风电机组的运行数据，特别是与偏航控制相关的数据(如机组偏航位置、风向传感器检测的风向、风速检测装置检测的风速、机组未偏航时的角度位置等)反馈计算得到。本方案基于这一特点，在某一风电机组的风向传感器出现故障时，利用与其相邻的风电机组的运行参数所反馈的风环境来还原再现故障风电机组在故障时刻所应检测到的风环境，从而实现对故障风电机组的偏航操作。
具体地，当风电场中发生风电机组的风向传感器出现故障时，可以提取与故障风电机组相邻的一个相邻风电机组的当前运行数据，通过对这些数据进行分析计算，从而得到这些运行数据所表征的当前时刻的第一风信息，该第一风信息即为相邻风电机组所处风环境的风速和风向信息。在具体应用场景中，可以任选一个与故障风电机组相邻的或者选择与故障风电机组最近的风电机组作为上述相邻风电机组。
S102，提取故障风电机组的各时刻下的历史运行数据，并获取各时刻下历史运行数据所表征的风信息中与第一风信息相匹配的第二风信息。
在获取到相邻风电机组的第一风信息后，可以提取故障风电机组的各时刻下的历史运行数据，然后通过这些运行数据反馈计算出对应的风信息；最后，将这些风信息与前述第一风信息进行相似匹配，从而找到与第一风信息较为接近的一个风信息作为上述第二风信息。
优选地，在具体应用场景中，可以选择风信息中与第一风信息最为接近的风信息作为第二风信息。
S103，根据第二风信息对故障风电机组进行偏航控制。
获得的第二风信息即可视为故障风电机组在发生故障时，本应通过其运行数据所表征的最为接近实际的风环境信息。
具体地，利用该第二风信息以及故障风电机组在故障时刻的其他关于偏航的运行数据(不包括风向传感器检测的风向信息)，可以反馈计算出风向传感器检测的风向信息作为当前对应的测量风向信息，从而补全故障风电机组在故障时刻的所有关于偏航控制的运行数据。最后，根据补全的运行数据可正常实现对故障风电机组的偏航控制，从而保证风电机组正常运行。
本发明提供的风电机组偏航控制方法，通过相邻风电机组的当前运行数据所表征的第一风信息，来获取故障风电机组的历史运行数据中所表征的与第一风信息相匹配的第二风信息，并将第二风信息作为故障风机在出现故障时刻风向传感器检测到的正常风信息，对故障风电机组进行对风偏航控制操作。该方法实现了当风向传感器出现故障时，保证故障风电机组正常运行，有效提高了风电机组的可利用率和发电量。
实施例二
图2为本发明提供的风电机组偏航控制方法另一个实施例的方法流程图，该方法可视为图1所示方法实施例的一种具体实现方式。如图2所示，该风电机组偏航控制方法包括：
S201，检测风向传感器是否出现故障。
本实施例中，为了及时准确的检测出风电机组的风向传感器出现故障，通过两种方式检测风向传感器是否出现故障：提取各风电机组检测的风速以及风电机组的输出功率；当风向传感器的检测角度在超过设定时间阈值的连续时间段内(如当风速不大于5m/s时，设定时间阈值为90s；当风速大于5m/s时，设定时间阈值为30s)没有变化，或者，风速大于设定风速(如5m/s)且风电机组的输出功率小于设定功率的50％时，则确定相应风电机组的风向传感器出现故障。
S202，当风电机组的风向传感器出现故障时，提取与故障风电机组相邻的一个相邻风电机组的当前运行数据，并获取该当前运行数据所表征的当前时刻的第一风信息。该步骤具体执行过程可参见步骤S101的相应内容。
本实施例中，在某一风电机组的风向传感器出现故障时，利用其相邻风电机组的当前运行数据所反馈的当前风环境，来查找该相邻机组的历史运行数据所反馈的历史风环境中，与前述当前风环境相匹配的风环境对应的历史时刻点，并获取该历史时刻点故障风电机组的运行数据所反馈的风环境，利用该风环境还原再现故障风电机组在故障时刻所应检测到的风环境，从而实现对故障风电机组的偏航操作。
为了保证相邻风电机组其运行数据的可信度和稳定性，在具体选取与故障风电机组相邻的一个相邻风电机组的当前运行数据时，可从多个相邻风电机组中，选取其当前检测的风速大于预定风速阈值(如5m/s)的一个风电机组作为最终选取的一个相邻的风电机组。
本实施例中将上述步骤102细化为步骤S203～S204。
S203，提取相邻风电机组各时刻下的历史运行数据，并获取各时刻下历史运行数据所表征的风信息中与第一风信息相匹配的第三风信息所对应的第一历史时刻点。
本实施例中，在获取到相邻风电机组的第一风信息后，提取相邻风电机组各时刻下的历史运行数据，然后通过这些历史运行数据反馈计算出对应的风信息，再将这些风信息与前述第一风信息进行相似匹配，从而找到与第一风信息最为接近的一个风信息作为第三风信息，最后，将第三风信息所对应历史运行数据中的历史时刻点作为第一历史时刻点。
优选地，当上述第三风信息为多组数据时，可选择其中与当前时刻最近的风信息作为相应的第三风信息。
S204，提取故障风电机组在第一历史时刻点的历史运行数据，并将该历史运行数据所表征的风信息确定为第二风信息。
在获取到第一历史时刻点后，提取故障风电机组在第一历史时刻点的历史运行数据(在第一历史时刻点故障风电机组的风向传感器并未出现故障，所以此历史运行数据包括风向传感器检测的风向信息)，并将该历史运行数据中的风向传感器检测的风向、风速检测装置检测的风速等所表征的风信息作为第二风信息。
在具体应用场景中，可通过如下示例对步骤S203～S204的内容进行举例说明。
在上述涉及的所有风信息中，主要包括风速和风向的信息，其中，风速的信息可以通过提取历史运行数据直接获得，而风向信息的获得可通过如下方法获得(包括步骤a1～a2)。
a1，获取各风电机组在未进入偏航工作状态下机舱的初始角度、各时刻下机舱的旋转角度以及风向传感器的检测角度；
a2，将初始角度与旋转角度以及检测角度的和值作为风信息的风向的角度。
其中，机舱的初始角度是指风电机组安装完成时，且尚未进入偏航工作状态下机舱轴线(本实施例中的机舱轴线均是垂直于风轮平面的机舱轴线)相对于塔筒未旋转时，与设定的基准方向的夹角，机舱的旋转角度是指机舱在旋转状态下机舱轴线与未偏航状态下机舱轴线的夹角，风向传感器的检测角度是指检测的实际风向与当前机舱轴线的夹角，因此，以基准方向为0°角方向，实际风信息中风向的角度应为上述初始角度与旋转角度以及风向传感器的检测角度的和值角度。
在具体获取上述各参数时，如图3所示，需要先设定基准方向(如图3中，0°角方向为基准方向，且顺时针方向为正)，初始角度为机组未进入偏航工作状态时，机舱轴线与基准方向的夹角，用PosN0表示；旋转角度为偏航机舱轴线与未偏航机舱轴线的夹角，用PosN表示；风向传感器的检测角度为检测风向与偏航机舱轴线的夹角，用α表示；风向可用Wd表示，则有Wd＝PosN0+PosN+α。比如，设定正北方向为基准方向，设定机舱顺时针转动的角度为正，逆时针转动的角度为负，当机舱顺时针旋转90度时，新的旋转角度PosN+90。当未偏航状态下的机舱面对正北方向时，PosN0为0；当处于某时刻旋转状态下的机舱面对正北方向时，PosN为0；若此时刻风向传感器的检测角度α为0，则此时刻的风向Wd为0。风向Wd的范围是0到360度，若风向Wd大于360度，则减去360度。
具体地，若第一风信息的风向信息用Wd1表示，风速用X1表示，则从相邻风机各时刻下的历史运行数据反馈计算出的风信息中，查找风向、风速与Wd1、X1最接近的风信息作为第三风信息，然后获取第三风信息所对应的第一历史时刻点；最后，获取故障机组在第一历史时刻点的历史运行数据所对应的风信息的风向、风速，分别用Wd0、X0表示，则第二风信息的风向、风速为Wd0、X0。
S205，根据第二风信息对故障风电机组进行偏航控制。该步骤具体执行过程可参见步骤S103的相应内容。
具体地，可以将第二风信息的风向的角度减去当前时刻下故障风电机组的旋转角度以及初始角度得到的差值确定为当前时刻下的检测角度；该检测角度对应为风向传感器的检测角度；然后，将当前时刻下的检测角度作为偏航对风偏差角对故障风电机组进行偏航控制。
例如，将上述示例中，检测角度α作为偏航对风偏差角对故障风电机组进行偏航控制。
本实施例采用的风电机组偏航控制方法，在图1所示实施例的基础上，给出了确定第二风信息的具体实现方式，以及如何判断故障风机的判断方法，在风向传感器出现故障时，利用相邻风电机组的第一风信息，来获取故障风电机组与第一风信息相匹配的第二风信息，并根据第二风信息对故障机组进行对风偏航控制，保证了风电机组正常运行。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
实施例三
图4为本发明提供的风电机组偏航控制装置一个实施例的结构示意图，可用于执行图1所示实施例的方法步骤，如图4所示，该风电机组偏航控制装置包括：第一风信息获取单元401、第二风信息获取单元402、偏航控制单元403；其中：
第一风信息获取单元401，用于当风电机组的风向传感器出现故障时，提取与故障风电机组相邻的一个相邻风电机组的当前运行数据，并获取该当前运行数据所表征的当前时刻的第一风信息；
第二风信息获取单元402，用于提取故障风电机组的各时刻下的历史运行数据，并获取各时刻下历史运行数据所表征的风信息中与第一风信息相匹配的第二风信息；
偏航控制单元403，用于根据第二风信息对故障风电机组进行偏航控制。
进一步地，在图4所示实施例的基础上，如图5所示，上述第二风信息获取单元402还可具体包括：
历史时刻获取子单元4021，用于提取相邻风电机组的各时刻下的历史运行数据，并获取各时刻下历史运行数据所表征的风信息中与第一风信息相匹配的第三风信息所对应的第一历史时刻点；第二风信息获取子单元4022，用于提取故障风电机组在第一历史时刻点的历史运行数据，并将该历史运行数据所表征的风信息确定为第二风信息。
进一步地，上述风信息包括风向、风速；该风电机组偏航控制装置还包括角度获取单元404、风向传感器故障检测单元405：
角度获取单元404，用于获取各风电机组在未进入偏航工作状态下时机舱的初始角度、各时刻下机舱的旋转角度以及风向传感器的检测角度；将初始角度与旋转角度以及检测角度的和值作为风信息的风向的角度。
风向传感器故障检测单元405，用于提取各风电机组检测到的风速以及风电机组的输出功率；当风向传感器的检测角度在超过设定时间阈值的连续时间段内没有变化；或者，风速大于设定风速且风电机组的输出功率小于设定功率的50％时，则确定相应风电机组的风向传感器出现故障。
进一步地，偏航控制单元403还可包括：检测角度确定子单元4031，用于将第二风信息的风向的角度减去当前时刻下故障风电机组的旋转角度以及初始角度得到的差值确定为当前时刻下的检测角度；偏航控制子单元4032，用于将当前时刻下的检测角度作为偏航对风偏差角对故障风电机组进行偏航控制。
更进一步地，上述第一风信息获取单元401，还可具体用于提取与故障风电机组相邻的且当前检测的环境风速大于预定风速阈值的一个相邻风电机组的当前运行数据。
上述图2所示实施例的方法步骤可通过图5所示实施例的风电机组偏航控制装置执行完成，在此对其方法原理不做赘述。
本发明实施例提供的风电机组偏航控制装置，当风电机组的风向传感器出现故障时，通过提取相邻风电机组的当前运行数据并获取该当前运行数据所表征的第一风信息，提取故障风电机组的历史运行数据并获取与第一风信息相匹配的第二风信息，根据第二风信息对故障风电机组进行偏航控制，保证风电机组正常运行，在无需增加硬件成本的情况下，有效提高了风电机组的可利用率和发电量。
最后应当说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种风电机组偏航控制方法，其特征在于，包括：
当风电机组的风向传感器出现故障时，提取与故障风电机组相邻的一个相邻风电机组的当前运行数据，并获取该当前运行数据所表征的当前时刻的第一风信息；
提取所述故障风电机组的各时刻下的历史运行数据，并获取各时刻下所述历史运行数据所表征的风信息中与所述第一风信息相匹配的第二风信息；
根据所述第二风信息对所述故障风电机组进行偏航控制。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述提取所述故障风电机组的各时刻下的历史运行数据，并获取各时刻下所述历史运行数据所表征的风信息中与所述第一风信息相匹配的第二风信息包括：
提取所述相邻风电机组各时刻下的历史运行数据，并获取各时刻下所述历史运行数据所表征的风信息中与所述第一风信息相匹配的第三风信息所对应的第一历史时刻点；
提取所述故障风电机组在所述第一历史时刻点的历史运行数据，并将该历史运行数据所表征的风信息确定为所述第二风信息。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述风信息包括：风向、风速；所述方法还包括：
获取各风电机组在未进入偏航工作状态下机舱的初始角度、各时刻下机舱的旋转角度以及所述风向传感器的检测角度；
将所述初始角度与所述旋转角度以及所述检测角度的和值作为所述风信息的风向的角度。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述第二风信息对所述故障风电机组进行偏航控制包括：
将所述第二风信息的风向的角度减去当前时刻下所述故障风电机组的所述旋转角度以及所述初始角度得到的差值确定为当前时刻下的所述检测角度；
将所述当前时刻下的所述检测角度作为偏航对风偏差角对所述故障风电机组进行偏航控制。
5.根据权利要求1-4任一所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
提取各风电机组检测到的风速以及风电机组的输出功率；
当风向传感器的检测角度在超过设定时间阈值的连续时间段内没有变化；或者，
所述风速大于设定风速且所述风电机组的输出功率小于设定功率的50％时，则确定相应风电机组的所述风向传感器出现故障。
6.根据权利要求1-4任一所述的方法，其特征在于，所述提取与故障风电机组相邻的一个相邻风电机组的当前运行数据包括：
提取与故障风电机组相邻的且当前检测的环境风速大于预定风速阈值的一个相邻风电机组的当前运行数据。
7.一种风电机组偏航控制装置，其特征在于，包括：
第一风信息获取单元，用于当风电机组的风向传感器出现故障时，提取与故障风电机组相邻的一个相邻风电机组的当前运行数据，并获取该当前运行数据所表征的当前时刻的第一风信息；
第二风信息获取单元，用于提取所述故障风电机组的各时刻下的历史运行数据，并获取各时刻下所述历史运行数据所表征的风信息中与所述第一风信息相匹配的第二风信息；
偏航控制单元，用于根据所述第二风信息对所述故障风电机组进行偏航控制。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第二风信息获取单元包括：
历史时刻获取子单元，用于提取所述相邻风电机组的各时刻下的历史运行数据，并获取各时刻下所述历史运行数据所表征的风信息中与所述第一风信息相匹配的第三风信息所对应的第一历史时刻点；
第二风信息获取子单元，用于提取所述故障风电机组在所述第一历史时刻点的历史运行数据，并将该历史运行数据所表征的风信息确定为所述第二风信息。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述风信息包括：风向、风速；所述装置还包括角度获取单元，用于获取各风电机组在未进入偏航工作状态下时机舱的初始角度、各时刻下机舱的旋转角度以及所述风向传感器的检测角度；
并用于将所述初始角度与所述旋转角度以及所述检测角度的和值作为所述风信息的风向的角度。
10.根据权利要求7-9任一所述的装置，其特征在于，所述装置还包括风向传感器故障检测单元，所述风向传感器故障检测单元用于：
提取各风电机组检测到的风速以及风电机组的输出功率；
当风向传感器的检测角度在超过设定时间阈值的连续时间段内没有变化；或者，
所述风速大于设定风速且所述风电机组的输出功率小于设定功率的50％时，则确定相应风电机组的所述风向传感器出现故障。
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