CN106593767A - 风力发电机偏航控制方法、恶劣风况应急控制方法及系统 - Google Patents

风力发电机偏航控制方法、恶劣风况应急控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种风力发电机偏航控制方法、恶劣风况应急控制方法及系统，其中风力发电机偏航控制方法，包括：根据偏航控制信号，对机组启动偏航控制；检测机组当前的方向A；获得风向B；根据风向B，确定与风向B垂直的两个方向C和D；计算方向A与方向C之间的夹角E，计算方向A与方向D之间的夹角F；比较夹角E和夹角F角度的大小，以夹角E和夹角F中较小的夹角对应的方向为偏航目标方向，并以该夹角为偏航角度；根据偏航目标方向的方向角度与方向A的方向角度的差值，确定偏航转向。本发明实施例提供的风力发电机偏航控制方法、恶劣风况应急控制方法及系统，能够准确地操作机组偏航到安全位置，提高机组应对恶劣风况以及台风的天气的能力。

Description

风力发电机偏航控制方法、恶劣风况应急控制方法及系统
技术领域
本发明属于风力发电技术领域，尤其涉及一种风力发电机偏航控制方法、恶劣风况应急控制方法及系统。
背景技术
在台风和恶劣风况的情况下，需要对风力发电机组进行偏航至安全位置。一般情况下，大都采用人工操作来控制，效率低，并且偏航位置不准确。由于风力发电机组多被安装在环境恶劣环境处，特别是在沿海地区，出现极端风速后，机组需要启动应急响应，机组停机、桨叶收桨、脱离电网等操作，一旦操作失误，可能带来潜在的风险，带来的经济损失不可估量。
发明内容
本发明提供一种风力发电机偏航控制方法、恶劣风况应急控制方法及系统，能够以节能、安全的方式到达偏航位置。
第一方面，提供了一种风力发电机偏航控制方法，包括：
根据偏航控制信号，对机组启动偏航控制；
检测机组当前的方向A；
获得风向B；
根据风向B，确定与风向B垂直的两个方向C和D，其中：
C＝B+90°、D＝B-90°；
计算方向A与方向C之间的夹角E，计算方向A与方向D之间的夹角F，其中0°≤E≤180°、0°≤F≤180°，并且E+F＝180°；
比较夹角E和夹角F角度的大小，以夹角E和夹角F中较小的夹角对应的方向为偏航目标方向，并以该夹角为偏航角度；
根据偏航目标方向的方向角度与方向A的方向角度的差值，确定偏航转向；
控制机组按照偏航角度以及偏航转向，偏航至偏航目标方向。
可选择地，所述比较夹角E和夹角F角度的大小，以夹角E和夹角F中较小的夹角对应的方向为偏航目标方向，并以该夹角为偏航角度，包括：
当E＜F时，以方向C为偏航目标方向，使机组自方向A向方向C偏航，并且确定偏航角度为E；
当E＞F时，以方向D为偏航目标方向，使机组自方向A向方向D偏航，并且确定偏航角度为F；
当E＝F＝90°时，以方向C和方向D中的任意一个方向为偏航目标方向，并且确定偏航角度为90°。
可选择地，所述根据偏航目标方向的方向角度与方向A的方向角度的差值，确定偏航转向，包括：
当E＜F时，进一步比较方向A的方向角度与方向C的方向角度：
当A＞C时，若A-C≤90°，控制机组右偏航；若A-C＞90°，控制机组左偏航；
当A＝C时，机组不偏航；
当A＜C时，若C-A≤90°，控制机组左偏航；若C-A＞90°，控制机组右偏航；
当E＝F时，控制机组左偏航或右偏航；
当E＞F时，进一步比较方向A的方向角度与方向D的方向角度：
当A＞D时，若A-D≤90°，控制机组右偏航；若A-D＞90°，控制机组左偏航；
当A＝D时，机组不偏航；
当A＜D时，若D-A≤90°，控制机组左偏航；若D-A＞90°，控制机组右偏航。
可选择地，本发明实施例提供的方法，还包括：
检测实时风速V；
将所述实时风速V与预定阈值V0比较，若所述实时风速V＞预定阈值V0，生成偏航控制信号，对机组启动偏航控制。
可选择地，所述实时风速V是实时检测信息。
可选择地，方向A是机组的机头的方向或者机组的机尾的方向。
可选择地，方向A、风向B、方向C以及方向D的方向角度均以绝对极坐标系来标记，并且角度范围为[0°，360°]；
或者，方向A、方向C以及方向D的方向角度均以风向B为坐标0°的相对极坐标系来标记，并且角度范围为[0°，360°]。
第二方面，提供了一种风力发电机偏航控制系统，包括：
控制器，用于根据偏航控制信号，控制执行装置对机组启动偏航控制；
检测装置，用于检测机组当前的方向A，并发送给所述控制器；
执行装置，用于控制机组按照偏航角度以及偏航转向，偏航至偏航目标方向；
所述控制器，还用于获得方向A和风向B；
根据风向B，确定与风向B垂直的两个方向C和D，其中：
C＝B+90°、D＝B-90°；
计算方向A与方向C之间的夹角E，计算方向A与方向D之间的夹角F，其中0°≤E≤180°、0°≤F≤180°，并且E+F＝180°；
比较夹角E和夹角F角度的大小，以夹角E和夹角F中较小的夹角对应的方向为偏航目标方向，并以该夹角为偏航角度；
根据偏航目标方向的方向角度与方向A的方向角度的差值，确定偏航转向。
可选择地，所述控制器，用于比较E和F角度的大小，以E和F中较小的夹角对应的方向为偏航目标方向，并以该夹角为偏航角度，包括：
当E＜F时，以方向C为偏航目标方向，使机组自方向A向方向C偏航，并且确定偏航角度为E；
当E＞F时，以方向D为偏航目标方向，使机组自方向A向方向D偏航，并且确定偏航角度为F；
当E＝F＝90°时，以方向C和方向D中的任意一个方向为偏航目标方向，并且确定偏航角度为90°。
可选择地，所述控制器，用于根据偏航目标方向的方向角度与方向A的方向角度的差值，确定偏航转向，包括：
当E＜F时，进一步比较方向A的方向角度与方向C的方向角度：
当A＞C时，若A-C≤90°，控制机组右偏航；若A-C＞90°，控制机组左偏航；
当A＝C时，机组不偏航；
当A＜C时，若C-A≤90°，控制机组左偏航；若C-A＞90°，控制机组右偏航；
当E＝F时，控制机组左偏航或右偏航；
当E＞F时，进一步比较方向A的方向角度与方向D的方向角度：
当A＞D时，若A-D≤90°，控制机组右偏航；若A-D＞90°，控制机组左偏航；
当A＝D时，机组不偏航；
当A＜D时，若D-A≤90°，控制机组左偏航；若D-A＞90°，控制机组右偏航。
可选择地，所述控制器，还用于获得实时风速V；
将所述实时风速V与预定阈值V0比较，若所述实时风速V＞预定阈值V0，生成偏航控制信号，对机组启动偏航控制。
可选择地，本发明实施例提供的系统，还包括：
测风装置，用于检测实时风速V，并将所述实时风速V发送给所述控制器。
可选择地，方向A是机组的机头的方向或者机组的机尾的方向。
可选择地，方向A、风向B、方向C以及方向D的方向角度均以绝对极坐标系来标记，并且角度范围为[0°，360°]；
或者，方向A、方向C以及方向D的方向角度均以风向B为坐标0°的相对极坐标系来标记，并且角度范围为[0°，360°]。
第三方面，提供了一种恶劣风况应急控制方法，包括以上所述的风力发电机偏航控制方法。
可选择地，本发明实施例提供的方法，还包括：
获得预报风速V1；
将预报风速V1与预定阈值V0比较，若所述预报风速V1＞预定阈值V0，获得预报风向作为风向B，同时生成偏航控制信号。
可选择地，本发明实施例提供的方法，还包括：
获得与预报风速V1对应的预报风速时间t1，比较预报风速时间t1与当前时间t，将二者的时间差与预设阈值Δt比较，当t1-t≤Δt时，生成偏航控制信号。
可选择地，本发明实施例提供的方法，还包括：
生成偏航控制信号之后，对机组启动偏航控制之前，对机组进行收桨处理的步骤
以及，检测收桨是否到位的步骤。
和/或，本发明实施例提供的方法，还包括：
生成偏航控制信号之后，对机组启动偏航控制之前，对机组的变流器的功率调节做停机处理、以及控制发电机转速下降的步骤。
和/或，本发明实施例提供的方法，还包括：
在确认发电机转速降到预设阈值V2之后，对控制刹车盘锁定的步骤；
和/或，在确认发电机转速降到预设阈值V2之后，控制水冷系统停止工作的步骤；
和/或，在确认发电机转速降到预设阈值V2之后，控制断路器断开，脱开电网的步骤。
可选择地，本发明实施例提供的方法，还包括：
检测实时风速V；
将所述实时风速V与预定阈值V1比较，若所述实时风速V≤预定阈值V1，并且持续时间≥t2；
判断将未来T时间内，预报风速V1与预定阈值V0比较，若所述预报风速V1≤预定阈值V0，解除应急控制状态。
和/或，本发明实施例提供的方法，还包括：
检测实时风速V；
将所述实时风速V与预定阈值V1比较，若所述实时风速V≤预定阈值V1，并且持续时间＜t2，保持应急控制状态；
和/或，判断将未来T时间内，预报风速V1与预定阈值V0比较，若所述预报风速V1＞预定阈值V0，保持应急控制状态。
第四方面，提供了一种恶劣风况应急控制系统，包括以上所述的风力发电机偏航控制系统。
可选择地，所述控制器，还用于获得预报风速V1；
将预报风速V1与预定阈值V0比较，若所述预报风速V1＞预定阈值V0，获得预报风向作为风向B，同时生成偏航控制信号，对机组启动偏航控制。
可选择地，所述控制器，还用于获得与预报风速V1对应的预报风速时间t1，比较预报风速时间t1与当前时间t，将二者的时间差与预设阈值Δt比较，当t1-t≤Δt时，生成偏航控制信号，根据偏航控制信号，对机组启动偏航控制。
可选择地，所述控制器，还用于在生成偏航控制信号之后，对机组启动偏航控制之前，控制执行装置对机组进行收桨处理；
和/或，所述控制器，还用于检测收桨是否到位；
和/或，所述控制器，还用于在生成偏航控制信号之后，对机组启动偏航控制之前，对机组的变流器的功率调节做停机处理、以及控制发电机转速下降的步骤。
和/或，所述控制器，还用于在确认发电机转速降到预设阈值V2之后，控制刹车盘锁定；
和/或，所述控制器，还用于在确认发电机转速降到预设阈值V2之后，控制水冷系统停止工作；
和/或，所述控制器，还用于在确认发电机转速降到预设阈值V2之后，控制断路器断开，脱开电网。
可选择地，本发明提供的系统，还包括
测风装置，用于检测实时风速V，并将所述实时风速V发送给所述控制器；
所述控制器，还用于将所述实时风速V与预定阈值V1比较，若所述实时风速V≤预定阈值V1，并且持续时间≥t2；
判断将未来T时间内，预报风速V1与预定阈值V0比较，若所述预报风速V1≤预定阈值V0，解除应急控制状态。
和/或，本发明提供的系统，还包括：
测风装置，用于检测实时风速V，并将所述实时风速V发送给所述控制器；
所述控制器，还用于将所述实时风速V与预定阈值V1比较，若所述实时风速V≤预定阈值V1，并且持续时间＜t2，控制机组保持应急控制状态；
和/或，判断将未来T时间内，预报风速V1与预定阈值V0比较，若所述预报风速V1＞预定阈值V0，控制机组保持应急控制状态。
本发明实施例提供的风力发电机偏航控制方法、恶劣风况应急控制方法及系统，能够准确地操作机组偏航到安全位置，提高机组应对恶劣风况以及台风的天气的能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一实施例所述风力发电机偏航控制方法的流程示意图。
图2是本发明又一实施例所述风力发电机偏航控制方法的流程示意图。
图3是本发明一实施例所述风力发电机偏航控制方法(系统)的控制示例示意图。
图4是本发明一实施例所述恶劣风况应急控制方法的流程示意图。
图5是本发明又一实施例所述恶劣风况应急控制方法的流程示意图。
图6是对天气预报风速的判断流程示意图。
图7是恶劣风况应急控制方法的控制流程示意图。
图8是判断风力发电机组偏航转向的流程图。
图9是解除紧急状态的控制流程图。
图10是中央监控系统与各风力发电机的拓扑结构图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。
下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。本发明不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本发明造成不必要的模糊。
如图1所示，本发明实施例提供了一种风力发电机偏航控制方法，包括：
S10、根据偏航控制信号，对机组启动偏航控制：
S20、检测机组当前的方向A；
S30、获得风向B，风向B可以是预报风向，也可以是实时检测的风向；
S40、根据风向B，确定与风向B垂直的两个方向C和D，其中：
C＝B+90°、D＝B-90°，方向C和方向D分别与风向B垂直，；
S50、计算方向A与方向C之间的夹角E，计算方向A与方向D之间的夹角F，其中0°≤E≤180°、0°≤F≤180°，由于方向C和方向D为相反的两个反向，所以两个方向的夹角是平角，即180°，所以夹角E和夹角F的和是180°，即E+F＝180°；
S60、比较夹角E和夹角F角度的大小，以夹角E和夹角F中较小的夹角对应的方向为偏航目标方向，并以该夹角为偏航角度，由此确定了偏航目标方向和偏航角度；
S70、根据偏航目标方向的方向角度与方向A的方向角度的差值，再进一步确定偏航转向；
S80、根据以上步骤获得的偏航目标方向、偏航角度和偏航转向，控制机组按照偏航角度以及偏航转向，偏航至偏航目标方向。
本发明实施例提供的风力发电机偏航控制方法中，S20与S40之间的循序以及S20与S30之间的顺序均不分先后。
该偏航控制信号可以由人工手动操作发出，也可以是控制器根据收到的天气预报中的风速信息判断后发出，也可以是控制器根据收到的实时检测的风速信息判断后发出，偏航控制信号一旦发出以后，即对风力发电机组启动偏航控制。
本实施例提供的风力发电机偏航控制方法，可以根据收到天气预报的风速启动，也可以根据实时检测的风速启动，还可以根据人工操作启动，从而可以适用于多种情况。
启动偏航控制之后，根据本发明实施例提供的风力发电机偏航控制方法，能够准确、快速的偏航到位，偏航角度不会超过90°，在恶劣风况、台风来临之前可以提前进行控制偏航，也可以在风向不断变化的恶劣风况条件下，根据风速的变化实时调整偏航位置，从而提高机组应对恶劣风况以及台风的天气的能力。
在风向变化不大的时候，采用本发明实施例提供的风力发电机偏航控制方法，也可以跟随风向的变化而实时进行微调，从而进一步确保机组一直处于安全位置。
可选择地，本发明实施例提供的风力发电机偏航控制方法的步骤S60中，比较夹角E和夹角F角度的大小，以夹角E和夹角F中较小的夹角对应的方向为偏航目标方向，并以该夹角为偏航角度，具体包括：
当E＜F时，以方向C为偏航目标方向，使机组自方向A向方向C偏航，并且确定偏航角度为E，在极端的情况偏航角度E＝0°时，偏航角度相应地也为0°；
当E＞F时，以方向D为偏航目标方向，使机组自方向A向方向D偏航，并且确定偏航角度为F，在极端的情况偏航角度F＝0°时，偏航角度相应地也为0°；
当E＝F＝90°时，以方向C和方向D中的任意一个方向为偏航目标方向，并且确定偏航角度为90°，此时可以由控制程序设定，选择方向C和方向D中的一个偏航方向。
如图8所示，可选择地，本发明实施例提供的风力发电机偏航控制方法步骤S70中，根据偏航目标方向的方向角度与方向A的方向角度的差
值，确定偏航转向，即确定左偏航或者右偏航，从而便于控制系统的执行装置根据系统指示执行控制，具体包括：
(1)、当E＜F时，进一步比较方向A的方向角度与方向C的方向角度：
当A＞C时，若A-C≤90°，控制机组右偏航；若A-C＞90°，控制机组左偏航；
当A＝C时，机组不偏航；
当A＜C时，若C-A≤90°，控制机组左偏航；若C-A＞90°，控制机组右偏航；
(2)、当E＝F时，控制机组左偏航或右偏航；
(3)、当E＞F时，进一步比较方向A的方向角度与方向D的方向角度：
当A＞D时，若A-D≤90°，控制机组右偏航；若A-D＞90°，控制机组左偏航；
当A＝D时，机组不偏航；
当A＜D时，若D-A≤90°，控制机组左偏航；若D-A＞90°，控制机组右偏航。
如图2所示，可选择地，本发明实施例提供的控制方法，还包括：
S01、检测实时风速V；
S05、将实时风速V与预定阈值V0比较，若实时风速V＞预定阈值V0，生成偏航控制信号，对机组启动偏航控制。
可选择地，实时风速V是实时检测信息。
可选择地，方向A是机组的机头的方向或者机组的机尾的方向。
可选择地，方向A、风向B、方向C以及方向D的方向角度均以绝对极坐标系来标记，并且角度范围为[0°，360°]；
或者，方向A、方向C以及方向D的方向角度均以风向B为坐标0°的相对极坐标系来标记，并且角度范围为[0°，360°]。
如图3所示，以绝对极坐标系为例：方向A、风向B、方向C以及方向D的方向角度的角度范围为[0°，360°]，以正北方向为0°。
恶劣天气的风向B为70°，机组当前的方向A为10°；
计算方向C为160°，方向D为340°；
计算方向A与方向C之间的夹角E＝150°，计算方向A与方向D之间的夹角F＝30°；
由于E＞F，所以确定以夹角F(30°)为偏航角度，以夹角F对应的方向D为偏航目标方向；
由于E＞F，进一步判断A＜D，D-A＝330°＞90°，从而确定控制机组右偏航；
最后，根据上述步骤得到的数据参数，控制机组向右偏航，并且偏航角度30°，偏航至偏航目标方向340°。
本示例中，机组只需要偏航30°角即可达到偏航到位的目的，本领域技术人员可以根据上述技术方案试验其他的参数，最终都可以确保偏航角度都不超过90°，可以达到快速、准确偏航到位的目的。
本发明实施例还提供了一种风力发电机偏航控制系统，包括检测装置、控制器和执行装置，其中：
检测装置用于检测机组当前的方向A，并发送给控制器；
控制器用于根据偏航控制信号，控制执行装置对机组启动偏航控制；该偏航控制信号可以由人工手动操作触发控制器，也可以是控制器根据收到的天气预报中的风速信息判断后生成，也可以是控制器根据收到的实时检测的风速信息判断后生成，偏航控制信号一旦发出以后，即对风力发电机组启动偏航控制；
控制器还用于获得方向A和风向B；其中的风向B可以是预报风向，也可以是实时检测风向；
控制器根据风向B，确定与风向B垂直的两个方向C和D，其中：
C＝B+90°、D＝B-90°；
计算方向A与方向C之间的夹角E，计算方向A与方向D之间的夹角F，其中0°≤E≤180°、0°≤F≤180°，并且E+F＝180°；
比较E和F角度的大小，以E和F中较小的夹角对应的方向为偏航目标方向，并以该夹角为偏航角度；
根据偏航目标方向的方向角度与方向A的方向角度的差值，确定偏航转向。
执行装置用于控制机组按照偏航角度以及偏航转向，偏航至偏航目标方向。
本实施例提供的风力发电机偏航控制系统，可以根据收到天气预报的风速启动，也可以根据实时检测的风速启动，还可以根据人工操作启动，从而可以适用于多种情况。
启动偏航控制之后，根据本发明实施例提供的风力发电机偏航控制系统，能够准确、快速的偏航到位，偏航角度不会超过90°，在恶劣风况、台风来临之前可以提前进行控制偏航，也可以在风向不断变化的恶劣风况条件下，根据风速的变化实时调整偏航位置，从而提高机组应对恶劣风况以及台风的天气的能力。
在风向变化不大的时候，采用本发明实施例提供的风力发电机偏航控制系统，也可以跟随风向的变化而实时进行微调，从而进一步确保机组一直处于安全位置。
可选择地，控制器，用于比较夹角E和夹角F角度的大小，以夹角E和夹角F中较小的夹角对应的方向为偏航目标方向，并以该夹角为偏航角度，具体包括：
当E＜F时，以方向C为偏航目标方向，使机组自方向A向方向C偏航，并且确定偏航角度为E，在极端的情况偏航角度E＝0°时，偏航角度相应地也为0°；
当E＞F时，以方向D为偏航目标方向，使机组自方向A向方向D偏航，并且确定偏航角度为F，在极端的情况偏航角度F＝0°时，偏航角度相应地也为0°；
当E＝F＝90°时，以方向C和方向D中的任意一个方向为偏航目标方向，并且确定偏航角度为90°，此时可以由控制器的控制程序设定，选择方向C和方向D中的一个偏航方向。
可选择地，控制器，用于根据偏航目标方向的方向角度与方向A的方向角度的差值，确定偏航转向，即确定左偏航或者右偏航，从而便于执行装置根据控制器的指示执行控制，具体参考附图8，包括：
(1)、当E＜F时，进一步比较方向A的方向角度与方向C的方向角度：
当A＞C时，若A-C≤90°，控制机组右偏航；若A-C＞90°，控制机组左偏航；
当A＝C时，机组不偏航，直接收桨停机；
当A＜C时，若C-A≤90°，控制机组左偏航；若C-A＞90°，控制机组右偏航；
(2)、当E＝F时，控制机组左偏航或右偏航，此时由控制器设定程序确定是左偏航或者右偏航；
(3)、当E＞F时，进一步比较方向A的方向角度与方向D的方向角度：
当A＞D时，若A-D≤90°，控制机组右偏航；若A-D＞90°，控制机组左偏航；
当A＝D时，机组不偏航；
当A＜D时，若D-A≤90°，控制机组左偏航；若D-A＞90°，控制机组右偏航。
可选择地，控制器，还用于获得由测风装置检测的实时风速V；
将实时风速V与预定阈值V0比较，若实时风速V＞预定阈值V0，生成偏航控制信号，对机组启动偏航控制。
可选择地，本发明实施例提供的系统，还包括：
测风装置，用于检测实时风速V，并将实时风速V发送给控制器。
可选择地，方向A是机组的机头的方向或者机组的机尾的方向。
可选择地，方向A、风向B、方向C以及方向D的方向角度均以绝对极坐标系来标记，并且角度范围为[0°，360°]；
或者，方向A、方向C以及方向D的方向角度均以风向B为坐标0°的相对极坐标系来标记，并且角度范围为[0°，360°]。
如图3所示，以绝对极坐标系为例：方向A、风向B、方向C以及方向D的方向角度的角度范围为[0°，360°]，以正北方向为0°。
恶劣天气的风向B为70°，机组当前的方向A为10°，控制器根据以上风向B和机组方向A的数据进行计算：
控制器计算方向C为160°，方向D为340°；
计算方向A与方向C之间的夹角E＝150°，计算方向A与方向D之间的夹角F＝30°；
由于E＞F，所以确定以夹角F(30°)为偏航角度，以夹角F对应的方向D为偏航目标方向；
由于E＞F，进一步判断A＜D，D-A＝330°＞90°，从而确定控制机组右偏航；
最后，控制器经过上述计算得到的数据参数，控制机组向右偏航，并且偏航角度30°，偏航至偏航目标方向340°。
本示例中，机组只需要偏航30°角即可达到偏航到位的目的，本领域技术人员可以根据上述技术方案试验其他的参数，最终都可以确保偏航角度都不超过90°，可以达到快速、准确偏航到位的目的。
本发明实施例中，控制器可以采用PLC系统，也可以采用集成芯片控制系统。
检测装置，可以采用机械指南装置或电子设备，如电子指南针、霍尔传感器、全球定位系统等电子设备来判断方向信息。
测风装置，可以是风速仪风向标等常规的测量风速风向的装置。
偏航装置，包括偏航电机、偏航减速器、刹车系统等，能够完成风力发电机组的偏航。
如图4所示，本发明实施例提供的恶劣风况应急控制方法，包括：
B01、获得预报风速V1；
B05、将预报风速V1与预定阈值V0比较，若预报风速V1＞预定阈值V0，获得预报风向作为风向B，同时生成偏航控制信号。
S10、根据偏航控制信号，对机组启动偏航控制：
S20、检测机组当前的方向A；
S30、获得风向B，风向B是预报风向；
S40、根据风向B，确定与风向B垂直的两个方向C和D，其中：
C＝B+90°、D＝B-90°，方向C和方向D分别与风向B垂直，；
S50、计算方向A与方向C之间的夹角E，计算方向A与方向D之间的夹角F，其中0°≤E≤180°、0°≤F≤180°，由于方向C和方向D为相反的两个反向，所以两个方向的夹角是平角，即180°，所以夹角E和夹角F的和是180°，即E+F＝180°；
S60、比较夹角E和夹角F角度的大小，以夹角E和夹角F中较小的夹角对应的方向为偏航目标方向，并以该夹角为偏航角度，由此确定了偏航目标方向和偏航角度；
S70、根据偏航目标方向的方向角度与方向A的方向角度的差值，再进一步确定偏航转向；
S80、根据以上步骤获得的偏航目标方向、偏航角度和偏航转向，控制机组按照偏航角度以及偏航转向，偏航至偏航目标方向。
本发明实施例提供的恶劣风况应急控制方法中，S20与S40之间的循序以及S20与S30之间的顺序均不分先后。
本发明实施例提供的恶劣风况应急控制方法，能够在台风或恶劣风况来临之前，提前对风力发电机组进行偏航控制，使风力发电机组偏航至安全位置。
结合图5、图6，可选择地，本发明实施例还提供一种恶劣风况应急控制方法，包括：
B01、获得预报风速V1；
B05、将预报风速V1与预定阈值V0比较，若预报风速V1＞预定阈值V0，获得预报风向作为风向B。
B10、获得与预报风速V1对应的预报风速时间t1，比较预报风速时间t1与当前时间t，将二者的时间差与预设阈值Δt比较，当t1-t≤Δt
时，生成偏航控制信号。
S10、根据偏航控制信号，对机组启动偏航控制：
S20、检测机组当前的方向A；
S30、获得风向B，风向B是预报风向；
S40、根据风向B，确定与风向B垂直的两个方向C和D，其中：
C＝B+90°、D＝B-90°，方向C和方向D分别与风向B垂直，；
S50、计算方向A与方向C之间的夹角E，计算方向A与方向D之间的夹角F，其中0°≤E≤180°、0°≤F≤180°，由于方向C和方向D为相反的两个反向，所以两个方向的夹角是平角，即180°，所以夹角E和夹角F的和是180°，即E+F＝180°；
S60、比较E和F角度的大小，以E和F中较小的夹角对应的方向为偏航目标方向，并以该夹角为偏航角度，由此确定了偏航目标方向和偏航角度；
S70、根据偏航目标方向的方向角度与方向A的方向角度的差值，再进一步确定偏航转向；
S80、根据以上步骤获得的偏航目标方向、偏航角度和偏航转向，控制机组按照偏航角度以及偏航转向，偏航至偏航目标方向。
本发明实施例提供的恶劣风况应急控制方法中，S20与S40之间的循序以及S20与S30之间的顺序均不分先后。
本发明实施例提供的恶劣风况应急控制方法，能够在台风或恶劣风况来临之前，根据天气预报的信息，提前对风力发电机组进行偏航控制，并且可以根据风力发电机自身的需要而设定，提前Δt的时间开始进行偏航，使风力发电机组偏航至安全位置，可以充分的发挥风力发电机的使用价值，避免长时间停机带来的损失。
如图7所示，可选择地，本发明实施例提供的恶劣风况应急控制方法，在以上实施例提供的恶劣风况应急控制方法的基础上进一步设计，包括：
生成偏航控制信号之后，对机组启动偏航控制之前，对机组进行收桨处理，并检测收桨是否到位的步骤。
以及，生成偏航控制信号之后，对机组启动偏航控制之前，对机组的变流器的功率调节做停机处理、以及控制发电机转速下降的步骤。
以及，在确认发电机转速降到预设阈值V2之后，对控制刹车盘锁定的步骤，和/或，控制水冷系统停止工作的步骤，和/或，控制断路器断开，脱开电网的步骤。
上述设计，可以在对风力发电机组进行紧急控制之前，确保风力发电机组的相关系统均处于安全条件，确保偏航操作的可靠性和有效性，避免操作失误带来的损失。
可选择地，本发明实施例提供的恶劣风况应急控制方法，在以上实施例提供的恶劣风况应急控制方法的基础上进一步设计，包括：
检测实时风速V；
将实时风速V与预定阈值V1比较，若实时风速V≤预定阈值V1，并且持续时间≥t2；
判断将未来T时间内，预报风速V1与预定阈值V0比较，若预报风速V1≤预定阈值V0，解除应急控制状态。
以及，将实时风速V与预定阈值V1比较，若实时风速V≤预定阈值V1，并且持续时间＜t2，保持应急控制状态；
和/或，判断将未来T时间内，预报风速V1与预定阈值V0比较，若预报风速V1＞预定阈值V0，保持应急控制状态。
上述设计，可以使恶劣风况过去之后尽快恢复发电，提高风力发电机的利用率，避免闲置浪费；并且，该控制方法充分考虑到安全控制的因素，确保风力发电机恢复发电之后的安全性。
本发明实施例还提供了一种恶劣风况应急控制系统，包括上述的风力发电机偏航控制系统。
可选择地，控制器，用于获得预报风速V1；将预报风速V1与预定阈值V0比较，若预报风速V1＞预定阈值V0，获得预报风向作为风向B，同时生成偏航控制信号，对机组启动偏航控制。
可选择地，控制器，还用于获得与预报风速V1对应的预报风速时间t1，比较预报风速时间t1与当前时间t，将二者的时间差与预设阈值Δt比较，当t1-t≤Δt时，生成偏航控制信号，根据偏航控制信号，对机组启动偏航控制。
本发明实施例提供的恶劣风况应急控制系统，能够在台风或恶劣风况来临之前，根据天气预报的信息，提前对风力发电机组进行偏航控制，并且可以根据风力发电机自身的需要而设定，提前Δt的时间开始进行偏航，使风力发电机组偏航至安全位置，可以充分的发挥风力发电机的使用价值，避免长时间停机带来的损失。
可选择地，控制器，还用于在生成偏航控制信号之后，对机组启动偏航控制之前，控制执行装置对机组进行收桨处理，并还用于检测收桨是否到位。
可选择地，控制器，还用于在生成偏航控制信号之后，对机组启动偏航控制之前，对机组的变流器的功率调节做停机处理、以及控制发电机转速下降的步骤。
可选择地，控制器，还用于在确认发电机转速降到预设阈值V2之后，控制刹车盘锁定，和/或，控制水冷系统停止工作，和/或，控制断路器断开，脱开电网。
上述设计，可以在对风力发电机组进行紧急控制之前，确保风力发电机组的相关系统均处于安全条件，确保偏航操作的可靠性和有效性，避免操作失误带来的损失。
如图9所示，可选择地，本发明提供的恶劣风况应急控制系统，还包括
测风装置，用于检测实时风速V，并将实时风速V发送给控制器；
控制器，还用于将实时风速V与预定阈值V1比较，若实时风速V≤预定阈值V1，并且持续时间≥t2；
判断将未来T时间内，预报风速V1与预定阈值V0比较，若预报风速V1≤预定阈值V0，解除应急控制状态。
控制器，还用于将实时风速V与预定阈值V1比较，若实时风速V≤预定阈值V1，并且持续时间＜t2，控制机组保持应急控制状态；
和/或，判断将未来T时间内，预报风速V1与预定阈值V0比较，若预报风速V1＞预定阈值V0，控制机组保持应急控制状态。
上述设计，可以使恶劣风况过去之后尽快恢复发电，提高风力发电机的利用率，避免闲置浪费；并且，该控制方法充分考虑到安全控制的因素，确保风力发电机恢复发电之后的安全性。
如图10所示，以上实施例提供的风力发电机偏航控制系统、恶劣风况应急控制系统，可以用于风力发电厂的中央监控系统中，通过中央监控系统的风场中控室来完成对风力发电机偏航、以及恶劣风况应急控制等操作，不仅可以根据接收天气预报信息来控制，也可以通过实时检测风况来控制，还可以根据人工手动操作的方式进行控制。
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，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改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权利要求的保护范围为准。

Claims (21)

1.风力发电机偏航控制方法，包括：
根据偏航控制信号，对机组启动偏航控制；
检测机组当前的方向A；
获得风向B；
根据风向B，确定与风向B垂直的两个方向C和D，其中：C＝B+90°、D＝B-90°；
计算方向A与方向C之间的夹角E，计算方向A与方向D之间的夹角F，其中0°≤E≤180°、0°≤F≤180°，并且E+F＝180°；
比较夹角E和夹角F角度的大小，以夹角E和夹角F中较小的夹角对应的方向为偏航目标方向，并以该夹角为偏航角度；
根据偏航目标方向的方向角度与方向A的方向角度的差值，确定偏航转向；
控制机组按照偏航角度以及偏航转向，偏航至偏航目标方向。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述比较夹角E和夹角F角度的大小，以夹角E和夹角F中较小的夹角对应的方向为偏航目标方向，并以该夹角为偏航角度，包括：
当E＜F时，以方向C为偏航目标方向，使机组自方向A向方向C偏航，并且确定偏航角度为E；
当E＞F时，以方向D为偏航目标方向，使机组自方向A向方向D偏航，并且确定偏航角度为F；
当E＝F＝90°时，以方向C和方向D中的任意一个方向为偏航目标方向，并且确定偏航角度为90°。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，
所述根据偏航目标方向的方向角度与方向A的方向角度的差值，确定偏航转向，包括：
当E＜F时，进一步比较方向A的方向角度与方向C的方向角度：
当A＞C时，若A-C≤90°，控制机组右偏航；若A-C＞90°，控制机组左偏航；
当A＝C时，机组不偏航；
当A＜C时，若C-A≤90°，控制机组左偏航；若C-A＞90°，控制机组右偏航；
当E＝F时，控制机组左偏航或右偏航；
当E＞F时，进一步比较方向A的方向角度与方向D的方向角度：
当A＞D时，若A-D≤90°，控制机组右偏航；若A-D＞90°，控制机组左偏航；
当A＝D时，机组不偏航；
当A＜D时，若D-A≤90°，控制机组左偏航；若D-A＞90°，控制机组右偏航。
4.如权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，还包括：
检测实时风速V；
将所述实时风速V与预定阈值V0比较，若所述实时风速V＞预定阈值V0，生成偏航控制信号，对机组启动偏航控制。
5.如权利要求1-3所述的方法，其特征在于，
方向A是机组的机头的方向或者机组的机尾的方向。
6.如权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，
方向A、风向B、方向C以及方向D的方向角度均以绝对极坐标系来标记，并且角度范围为[0°，360°]；
或者，方向A、方向C以及方向D的方向角度均以风向B为坐标0°的相对极坐标系来标记，并且角度范围为[0°，360°]。
7.风力发电机偏航控制系统，其特征在于，包括：
控制器，用于根据偏航控制信号，控制执行装置对机组启动偏航控制；
检测装置，用于检测机组当前的方向A，并发送给所述控制器；
执行装置，用于控制机组按照偏航角度以及偏航转向，偏航至偏航目标方向；
所述控制器，用于获得方向A和风向B；
根据风向B，确定与风向B垂直的两个方向C和D，其中：C＝B+90°、D＝B-90°；
计算方向A与方向C之间的夹角E，计算方向A与方向D之间的夹角F，其中0°≤E≤180°、0°≤F≤180°，并且E+F＝180°；
比较夹角E和夹角F角度的大小，以夹角E和夹角F中较小的夹角对应的方向为偏航目标方向，并以该夹角为偏航角度；
根据偏航目标方向的方向角度与方向A的方向角度的差值，确定偏航转向。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，
所述控制器，用于比较夹角E和夹角F角度的大小，以夹角E和夹角F中较小的夹角对应的方向为偏航目标方向，并以该夹角为偏航角度，包括：
当E＜F时，以方向C为偏航目标方向，使机组自方向A向方向C偏航，并且确定偏航角度为E；
当E＞F时，以方向D为偏航目标方向，使机组自方向A向方向D偏航，并且确定偏航角度为F；
当E＝F＝90°时，以方向C和方向D中的任意一个方向为偏航目标方向，并且确定偏航角度为90°。
9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，
所述控制器，用于根据偏航目标方向的方向角度与方向A的方向角度的差值，确定偏航转向，包括：
当E＜F时，进一步比较方向A的方向角度与方向C的方向角度：
当A＞C时，若A-C≤90°，控制机组右偏航；若A-C＞90°，控制机组左偏航；
当A＝C时，机组不偏航；
当A＜C时，若C-A≤90°，控制机组左偏航；若C-A＞90°，控制机组右偏航；
当E＝F时，控制机组左偏航或右偏航；
当E＞F时，进一步比较方向A的方向角度与方向D的方向角度：
当A＞D时，若A-D≤90°，控制机组右偏航；若A-D＞90°，控制机组左偏航；
当A＝D时，机组不偏航；
当A＜D时，若D-A≤90°，控制机组左偏航；若D-A＞90°，控制机组右偏航。
10.如权利要求7-9之一所述的系统，其特征在于，
所述控制器，还用于获得实时风速V；
将所述实时风速V与预定阈值V0比较，若所述实时风速V＞预定阈值V0，生成偏航控制信号，对机组启动偏航控制。
11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，还包括：
测风装置，用于检测实时风速V，并将所述实时风速V发送给所述控制器。
12.如权利要求7-9所述的系统，其特征在于，
方向A是机组的机头的方向或者机组的机尾的方向。
13.如权利要求7-9之一所述的系统，其特征在于，
方向A、风向B、方向C以及方向D的方向角度均以绝对极坐标系来标记，并且角度范围为[0°，360°]；
或者，方向A、方向C以及方向D的方向角度均以风向B为坐标0°的相对极坐标系来标记，并且角度范围为[0°，360°]。
14.恶劣风况应急控制方法，包括权利要求1-6之一所述的风力发电机偏航控制方法；
其特征在于，还包括：
获得预报风速V1；
将预报风速V1与预定阈值V0比较，若所述预报风速V1＞预定阈值V0，获得预报风向作为风向B，同时生成偏航控制信号。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，还包括：
获得与预报风速V1对应的预报风速时间t1，比较预报风速时间t1与当前时间t，将二者的时间差与预设阈值Δt比较，当t1-t≤Δt时，生成偏航控制信号。
16.如权利要求14所述的方法，其特征在于，还包括：
生成偏航控制信号之后，对机组启动偏航控制之前，对机组进行收桨处理的步骤，以及检测收桨是否到位的步骤；
和/或，生成偏航控制信号之后，对机组启动偏航控制之前，对机组的变流器的功率调节做停机处理、以及控制发电机转速下降的步骤；
和/或，在确认发电机转速降到预设阈值V2之后，对控制刹车盘锁定的步骤；
和/或，在确认发电机转速降到预设阈值V2之后，控制水冷系统停止工作的步骤；
和/或，在确认发电机转速降到预设阈值V2之后，控制断路器断开，脱开电网的步骤。
17.如权利要求14所述的方法，其特征在于，还包括：
检测实时风速V；
将所述实时风速V与预定阈值V1比较，若所述实时风速V≤预定阈值V1，并且持续时间≥t2；
判断将未来T时间内，预报风速V1与预定阈值V0比较，若所述预报风速V1≤预定阈值V0，解除应急控制状态。
和/或，检测实时风速V；
将所述实时风速V与预定阈值V1比较，若所述实时风速V≤预定阈值V1，并且持续时间＜t2，保持应急控制状态；
和/或，判断将未来T时间内，预报风速V1与预定阈值V0比较，若所述预报风速V1＞预定阈值V0，保持应急控制状态。
18.恶劣风况应急控制系统，其特征在于，包括权利要求7-13之一所述的风力发电机偏航控制系统；
所述控制器，还用于获得预报风速V1；
将预报风速V1与预定阈值V0比较，若所述预报风速V1＞预定阈值V0，获得预报风向作为风向B，同时生成偏航控制信号，对机组启动偏航控制。
19.如权利要求18所述的系统，其特征在于，
所述控制器，还用于获得与预报风速V1对应的预报风速时间t1，比较预报风速时间t1与当前时间t，将二者的时间差与预设阈值Δt比较，当t1-t≤Δt时，生成偏航控制信号，根据偏航控制信号，对机组启动偏航控制。
20.如权利要求18所述的系统，其特征在于，
所述控制器，还用于在生成偏航控制信号之后，对机组启动偏航控制之前，控制执行装置对机组进行收桨处理；
和/或，所述控制器，还用于检测收桨是否到位。
和/或，所述控制器，还用于在生成偏航控制信号之后，对机组启动偏航控制之前，对机组的变流器的功率调节做停机处理、以及控制发电机转速下降的步骤。
和/或，所述控制器，还用于在确认发电机转速降到预设阈值V2之后，控制刹车盘锁定；
和/或，所述控制器，还用于在确认发电机转速降到预设阈值V2之后，控制水冷系统停止工作；
和/或，所述控制器，还用于在确认发电机转速降到预设阈值V2之后，控制断路器断开，脱开电网。
21.如权利要求18所述的系统，其特征在于，还包括
测风装置，用于检测实时风速V，并将所述实时风速V发送给所述控制器；
所述控制器，还用于将所述实时风速V与预定阈值V1比较，若所述实时风速V≤预定阈值V1，并且持续时间≥t2；
判断将未来T时间内，预报风速V1与预定阈值V0比较，若所述预报风速V1≤预定阈值V0，解除应急控制状态。
和/或，测风装置，用于检测实时风速V，并将所述实时风速V发送给所述控制器；
所述控制器，还用于将所述实时风速V与预定阈值V1比较，若所述实时风速V≤预定阈值V1，并且持续时间＜t2，控制机组保持应急控制状态；
和/或，判断将未来T时间内，预报风速V1与预定阈值V0比较，若所述预报风速V1＞预定阈值V0，控制机组保持应急控制状态。
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