CN106704099A - 控制风电机组的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种控制风电机组的方法和设备。所述方法包括：检测预定风电机组周围的预定测风区域的风速；根据检测的风速确定在所述预定风电机组处的流体气动数据；根据确定的流体气动数据获取所述预定风电机组承受的载荷；根据获取的载荷对所述预定风电机组的运行进行控制。根据本发明，可以在来流到达风电机组之前确定出风电机组将要承受的载荷，从而给风电机组的运行控制操作留出了时间余量。

Description

控制风电机组的方法和设备
技术领域
本发明涉及风力发电领域。更具体地讲，涉及一种控制风电机组的方法和设备。
背景技术
风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到重视，风电机组的装机量也不断增加。风电机组能够风的动能转变成机械动能，再把机械能转化为电能。风电机组需要在一定的安全风况范围内工作，否则会对风电机组造成伤害。风电机组的安全控制日益受到重视，得到了越来越多的研究。然而，目前的风电机组的安全控制方案留出的安全裕度较大，导致风能的利用率较低，并且单个风电机组的发电波动也较大。
发明内容
本发明提供一种控制风电机组的方法和设备。
根据本发明的另一方面，提供一种控制风电机组的方法，所述方法包括：检测预定风电机组周围的预定测风区域的风速；根据检测的风速确定在所述预定风电机组处的流体气动数据；根据确定的流体气动数据获取所述预定风电机组承受的载荷；根据获取的载荷对所述预定风电机组的运行进行控制。
可选地，根据获取的载荷对所述预定风电机组的运行进行控制的步骤包括：当确定获取的载荷对所述预定风电机组的运行产生影响时，对所述预定风电机组的运行进行控制，以消除所述影响。
可选地，所述预定风电机组的每个桨叶包括一个或多个分段，所述流体气动数据为每个桨叶的每个分段处的流体气动数据，所述载荷为每个桨叶的每个分段处承受的载荷。
可选地，每个分段处的流体气动数据为每个分段的当前位置处的流体气动数据，每个分段处承受的载荷为在当前位置处承受的载荷；或者，每个分段处的流体气动数据包括每个分段在自己的运动轨迹上的多个位置处的流体气动数据，每个分段处承受的载荷为每个分段在所述多个位置处承受的载荷中的最大载荷。
可选地，根据获取的载荷对所述预定风电机组的运行进行控制的步骤包括：当任一桨叶的任一分段所承受的载荷大于警戒载荷时，调整所述任一分段的桨距角，以使所述任一分段承受的载荷小于或等于警戒载荷。
可选地，任一分段在任一位置处承受的载荷通过如下步骤获得：根据所述任一分段的当前桨距角和所述任一分段在所述任一位置处的流体气动数据中包括的入流角，确定所述任一分段在所述任一位置处的攻角；根据所述任一分段的攻角和所述任一分段在所述任一位置处的流体气动数据中包括的风速和湍流强度确定所述任一分段在所述任一位置处承受的载荷。
可选地，调整所述任一分段的桨距角的步骤包括：获取在所述任一分段处承受的载荷所对应的流体气动数据中包括的风速和湍流强度的条件下使得所述任一分段承受的载荷小于或等于警戒载荷的攻角；根据获取的攻角和所述任一分段处的流体气动数据中包括的入流角，确定所述任一分段的桨距角；将所述任一分段的当前桨距角调整至确定的桨距角。
可选地，根据所述任一分段的攻角和所述任一分段在所述任一位置处的流体气动数据中包括的风速和湍流强度确定所述任一分段在所述任一位置处承受的载荷的步骤包括：从载荷数据库获取与所述任一分段的攻角和所述任一分段在所述任一位置处的流体气动数据中包括的风速和湍流强度对应的载荷，其中，所述载荷数据库具有与每个分段的多个攻角、多个风速、多个湍流强度的每个组合对应的载荷。
可选地，根据检测的风速确定在所述预定风电机组处的流体气动数据的步骤包括；当所述预定测风区域为多个时，根据在每个预定测风区域检测的风速分别确定在所述预定风电机组处的流体气动数据；根据确定的流体气动数据获取所述预定风电机组承受的载荷的步骤包括：根据各个分别确定的在所述预定风电机组处的流体气动数据，分别确定所述预定风电机组承受的载荷，并将分别确定的载荷之中的最大载荷作为最终的所述预定风电机组承受的载荷。
可选地，检测预定风电机组周围的预定测风区域的风速的步骤包括：检测预定风电机组周围的预定测风区域的预定海拔高度的风速，其中，所述方法还包括：预先确定在预定风电机组周围预设的至少一个测风区域处的至少一个海拔高度的风速与在所述预定风电机组处的流体气动数据之间的关系，其中，根据检测的风速确定在所述预定风电机组处的流体气动数据的步骤包括：根据预先确定的在预定风电机组周围预设的至少一个测风区域处的至少一个海拔高度的风速与在所述预定风电机组处的流体气动数据之间的关系，确定与检测的风速对应的在所述预定风电机组处的流体气动数据。
可选地，所述关系为预定数据库，所述预定数据库存储有在至少一个测风区域处在至少一个海拔高度的多个风速、以及与每个测风区域处的每个风速对应的在所述预定风电机组处的流体气动数据。
可选地，与在任一测风区域处在任一海拔高度的任一风速对应的在所述预定风电机组处的流体气动数据通过如下方式获得：获取所述任一测风区域处的关于风速和海拔高度的函数；以获取的函数作为入口边界条件，建立大涡模拟模型；使用建立的大涡模拟模型确定与所述任一风速对应的在所述预定风电机组处的流体气动数据。
可选地，所述函数为下面函数中的一个：风速与海拔高度之间的关系函数、风速、风的摩擦速度、海拔高度之间的关系函数、风速、海拔高度与大气热稳定度之间的关系函数。
可选地，建立大涡模拟模型的步骤包括：对包括所述预定风电机组和所述预定测风区域的预定范围内的地形建立三维模型；对建立的三维模型进行网格划分；设置入口边界条件和湍流模型；利用网格划分后的三维模型以及设置的入口边界条件和湍流模型来建立大涡模拟模型。
可选地，建立大涡模拟模型的步骤还包括：设置壁面函数，利用网格划分后的三维模型以及设置的入口边界条件和湍流模型来建立大涡模拟模型的步骤包括：利用网格划分后的三维模型以及设置的入口边界条件、湍流模型和壁面函数来建立大涡模拟模型，所述壁面函数如下：
U＝Uf×K×ln((z+z0)/z0)，
其中，U为平均风速，Uf为风的摩擦速度，K为卡门常数，z0为地表粗糙度长度，z为垂直坐标。
可选地，使用建立的大涡模拟模型确定与所述任一风速对应的在所述预定风电机组处的流体气动数据的步骤包括：根据所述预定风电机组上的预定位置的坐标，通过建立的大涡模拟模型确定与所述任一风速对应的在所述预定位置处的风速和湍流强度；并根据确定的流体气动数据中的风速确定入流角。
可选地，所述预定测风区域处于所述预定风电机组的上风侧。
根据本发明的另一方面，提供一种控制风电机组的设备，所述设备包括：风速检测单元，检测预定风电机组周围的预定测风区域的风速；气动数据检测单元，根据检测的风速确定在所述预定风电机组处的流体气动数据；载荷检测单元，根据确定的流体气动数据获取所述预定风电机组承受的载荷；控制单元，根据获取的载荷对所述预定风电机组的运行进行控制。
可选地，当控制单元确定获取的载荷对所述预定风电机组的运行产生影响时，控制单元对所述预定风电机组的运行进行控制，以消除所述影响。
可选地，所述预定风电机组的每个桨叶包括一个或多个分段，所述流体气动数据为每个桨叶的每个分段处的流体气动数据，所述载荷为每个桨叶的每个分段处承受的载荷。
可选地，每个分段处的流体气动数据为每个分段的当前位置处的流体气动数据，每个分段处承受的载荷为在当前位置处承受的载荷；或者，每个分段处的流体气动数据包括每个分段在自己的运行轨迹上的多个位置处的流体气动数据，每个分段处承受的载荷为每个分段在所述多个位置处承受的载荷中的最大载荷。
可选地，当任一桨叶的任一分段所承受的载荷大于警戒载荷时，控制单元调整所述任一分段的桨距角，以使所述任一分段承受的载荷小于或等于警戒载荷。
可选地，载荷检测单元根据下面的方式获得任一分段在任一位置处承受的载荷：根据所述任一分段的当前桨距角和所述任一分段在所述任一位置处的流体气动数据中包括的入流角，确定所述任一分段在所述任一位置处的攻角；根据所述任一分段的攻角和所述任一分段在所述任一位置处的流体气动数据中包括的风速和湍流强度确定所述任一分段在所述任一位置处承受的载荷。
可选地，控制单元通过如下方式调整所述任一分段的桨距角：获取在所述任一分段处承受的载荷所对应的流体气动数据中包括的风速和湍流强度的条件下使得所述任一分段承受的载荷小于或等于警戒载荷的攻角；根据获取的攻角和所述任一分段处承受的载荷所对应的流体气动数据中包括的入流角，确定所述任一分段的桨距角；将所述任一分段的当前桨距角调整至确定的桨距角。
可选地，载荷检测单元从载荷数据库获取与所述任一分段的攻角和所述任一分段在所述任一位置处的流体气动数据中包括的风速和湍流强度对应的载荷，其中，所述载荷数据库具有与每个分段的多个攻角、多个风速、多个湍流强度的每个组合对应的载荷。
可选地，当所述预定测风区域为多个时，气动数据检测单元根据在每个预定测风区域检测的风速分别确定在所述预定风电机组处的流体气动数据；载荷检测单元根据各个分别确定的在所述预定风电机组处的流体气动数据，分别确定所述预定风电机组承受的载荷，并将分别确定的载荷之中的最大载荷作为最终的所述预定风电机组承受的载荷。
可选地，风速检测单元检测预定风电机组周围的预定测风区域的预定海拔高度的风速，其中，所述设备还包括：预检测单元，预先确定在预定风电机组周围预设的至少一个测风区域处的至少一个海拔高度的风速与在所述预定风电机组处的流体气动数据之间的关系，其中，气动数据检测单元根据预先确定的在预定风电机组周围预设的至少一个测风区域处的至少一个海拔高度的风速与在所述预定风电机组处的流体气动数据之间的关系，确定与检测的风速对应的在所述预定风电机组处的流体气动数据。
可选地，所述关系为预定数据库，所述预定数据库存储有在至少一个测风区域处在至少一个海拔高度的多个风速、以及与每个测风区域处的每个风速对应的在所述预定风电机组处的流体气动数据。
可选地，预检测单元通过如下方式获得与在任一测风区域处在任一海拔高度的任一风速对应的在所述预定风电机组处的流体气动数据：获取所述任一测风区域处的关于风速和海拔高度的函数；以获取的函数作为入口边界条件，建立大涡模拟模型；使用建立的大涡模拟模型确定与所述任一风速对应的在所述预定风电机组处的流体气动数据。
可选地，所述函数为下面函数中的一个：风速与海拔高度之间的关系函数、风速、风的摩擦速度、海拔高度之间的关系函数、风速、海拔高度与大气热稳定度之间的关系函数。
可选地，预检测单元通过如下方式建立大涡模拟模型：对包括所述预定风电机组和所述预定测风区域的预定范围内的地形建立三维模型；对建立的三维模型进行网格划分；设置入口边界条件和湍流模型；利用网格划分后的三维模型以及设置的入口边界条件和湍流模型来建立大涡模拟模型。
可选地，预检测单元还设置壁面函数，预检测单元利用网格划分后的三维模型以及设置的入口边界条件、湍流模型和壁面函数来建立大涡模拟模型，
所述壁面函数如下：
U＝Uf×K×ln((z+z0)/z0)，
其中，U为平均风速，Uf为风的摩擦速度，K为卡门常数，z0为地表粗糙度长度，z为垂直坐标。
可选地，预检测单元根据所述预定风电机组上的预定位置的坐标，通过建立的大涡模拟模型确定与所述任一风速对应的在所述预定位置处的风速和湍流强度，并根据确定的流体气动数据中的风速确定入流角。
可选地，所述预定测风区域处于所述预定风电机组的上风侧。
根据本发明的另一方面，提供一种控制风电机组的方法，所述方法包括：检测预定风电机组周围的预定测风区域的风速；根据检测的风速确定在所述预定风电机组处的流体气动数据；根据确定的流体气动数据获取所述预定风电机组承受的载荷；根据获取的载荷对所述预定风电机组的运行进行控制。
可选地，根据获取的载荷对所述预定风电机组的运行进行控制的步骤包括：当确定获取的载荷对所述预定风电机组的运行产生影响时，对所述预定风电机组的运行进行控制，以消除所述影响。
可选地，所述预定风电机组的每个桨叶包括一个或多个分段，所述流体气动数据为每个桨叶的每个分段处的流体气动数据，所述载荷为每个桨叶的每个分段处承受的载荷。
可选地，根据获取的载荷对所述预定风电机组的运行进行控制的步骤包括：当任一桨叶的任一分段所承受的载荷大于警戒载荷时，调整所述任一分段的桨距角，以使所述任一分段承受的载荷小于或等于警戒载荷。
可选地，根据确定的流体气动数据获取所述预定风电机组承受的载荷的步骤包括：根据每个分段的当前桨距角和每个分段处的流体气动数据中包括的入流角，确定每个分段的攻角；根据每个分段的攻角和每个分段处的流体气动数据中包括的风速和湍流强度确定每个分段处承受的载荷。
可选地，调整所述任一分段的桨距角的步骤包括：获取在所述任一分段处的流体气动数据中包括的风速和湍流强度的条件下使得所述任一分段承受的载荷小于或等于警戒载荷的攻角；根据获取的攻角和所述任一分段处的流体气动数据中包括的入流角，确定所述任一分段的桨距角；将所述任一分段的当前桨距角调整至确定的桨距角。
可选地，根据每个分段的攻角和每个分段处的流体气动数据中包括的风速和湍流强度确定每个分段处承受的载荷的步骤包括：从载荷数据库获取与每个分段的攻角和每个分段处的流体气动数据中包括的风速和湍流强度对应的载荷，其中，所述载荷数据库具有与每个分段的多个攻角、多个风速、多个湍流强度的每个组合对应的载荷。
可选地，根据检测的风速确定在所述预定风电机组处的流体气动数据的步骤包括；当所述预定测风区域为多个时，根据在每个预定测风区域检测的风速分别确定在所述预定风电机组处的流体气动数据；根据确定的流体气动数据获取所述预定风电机组承受的载荷的步骤包括：根据各个分别确定的在所述预定风电机组处的流体气动数据，分别确定所述预定风电机组承受的载荷，并将分别确定的载荷之中的最大载荷作为最终的所述预定风电机组承受的载荷用于所述控制的步骤。
可选地，检测预定风电机组周围的预定测风区域的风速的步骤包括：检测预定风电机组周围的预定测风区域的预定海拔高度的风速，其中，所述方法还包括：预先确定在预定风电机组周围预设的至少一个测风区域处的至少一个海拔高度的风速与在所述预定风电机组处的流体气动数据之间的关系，其中，根据检测的风速确定在所述预定风电机组处的流体气动数据的步骤包括：根据预先确定的在预定风电机组周围预设的至少一个测风区域处的至少一个海拔高度的风速与在所述预定风电机组处的流体气动数据之间的关系，确定与检测的风速对应的在所述预定风电机组处的流体气动数据。
可选地，所述关系为预定数据库，所述预定数据库存储有在至少一个测风区域处在至少一个海拔高度的多个风速、以及与每个测风区域处的每个风速对应的在所述预定风电机组处的流体气动数据。
可选地，与在任一测风区域处在任一海拔高度的任一风速对应的在所述预定风电机组处的流体气动数据通过如下方式获得：获取所述任一测风区域处的关于风速和海拔高度的函数；以获取的函数作为入口边界条件，建立大涡模拟模型；使用建立的大涡模拟模型确定与所述任一风速对应的在所述预定风电机组处的流体气动数据。
可选地，所述函数为下面函数中的一个：风速与海拔高度之间的关系函数、风速、风的摩擦速度、海拔高度之间的关系函数、风速、海拔高度与大气热稳定度之间的关系函数。
可选地，建立大涡模拟模型的步骤包括：对包括所述预定风电机组和所述预定测风区域的预定范围内的地形建立三维模型；对建立的三维模型进行网格划分；设置入口边界条件和湍流模型；利用网格划分后的三维模型以及设置的入口边界条件和湍流模型来建立大涡模拟模型。
可选地，在对建立的三维模型进行网格划分时，实际地理位置越崎岖的地方，网格越密集。
可选地，建立大涡模拟模型的步骤还包括：设置壁面函数，利用网格划分后的三维模型以及设置的入口边界条件和湍流模型来建立大涡模拟模型的步骤包括：利用网格划分后的三维模型以及设置的入口边界条件、湍流模型和壁面函数来建立大涡模拟模型，所述壁面函数如下：
U＝Uf×K×ln((z+z0)/z0)，
其中，U为平均风速，Uf为风的摩擦速度，K为卡门常数，z0为地表粗糙度长度，z为垂直坐标。
可选地，使用建立的大涡模拟模型确定与所述任一风速对应的在所述预定风电机组处的流体气动数据的步骤包括：根据所述预定风电机组上的预定位置的坐标，通过建立的大涡模拟模型确定与所述任一风速对应的在所述预定位置处的风速和湍流强度；并根据确定的流体气动数据中的风速确定入流角。
可选地，在使用建立的大涡模拟模型确定与所述任一风速对应的在所述预定风电机组处的流体气动数据时，以所述任一海拔高度和所述任一风速作为大涡模拟模型的初始边界条件。
可选地，所述预定测风区域处于所述预定风电机组的上风侧。
根据本发明的另一方面，提供一种控制风电机组的设备，所述设备包括：风速检测单元，检测预定风电机组周围的预定测风区域的风速；气动数据检测单元，根据检测的风速确定在所述预定风电机组处的流体气动数据；载荷检测单元，根据确定的流体气动数据获取所述预定风电机组承受的载荷；控制单元，根据获取的载荷对所述预定风电机组的运行进行控制。
可选地，当控制单元确定获取的载荷对所述预定风电机组的运行产生影响时，控制单元对所述预定风电机组的运行进行控制，以消除所述影响。
可选地，所述预定风电机组的每个桨叶包括一个或多个分段，所述流体气动数据为每个桨叶的每个分段处的流体气动数据，所述载荷为每个桨叶的每个分段处承受的载荷。
可选地，当任一桨叶的任一分段所承受的载荷大于警戒载荷时，控制单元调整所述任一分段的桨距角，以使所述任一分段承受的载荷小于或等于警戒载荷。
可选地，载荷检测单元根据每个分段的当前桨距角和每个分段处的流体气动数据中包括的入流角，确定每个分段的攻角；并根据每个分段的攻角和每个分段处的流体气动数据中包括的风速和湍流强度确定每个分段处承受的载荷。
可选地，控制单元通过如下方式调整所述任一分段的桨距角：获取在所述任一分段处的流体气动数据中包括的风速和湍流强度的条件下使得所述任一分段承受的载荷小于或等于警戒载荷的攻角；根据获取的攻角和所述任一分段处的流体气动数据中包括的入流角，确定所述任一分段的桨距角；将所述任一分段的当前桨距角调整至确定的桨距角。
可选地，载荷检测单元从载荷数据库获取与每个分段的攻角和每个分段处的流体气动数据中包括的风速和湍流强度对应的载荷，其中，所述载荷数据库具有与每个分段的多个攻角、多个风速、多个湍流强度的每个组合对应的载荷。
可选地，当所述预定测风区域为多个时，气动数据检测单元根据在每个预定测风区域检测的风速分别确定在所述预定风电机组处的流体气动数据；载荷检测单元根据各个分别确定的在所述预定风电机组处的流体气动数据，分别确定所述预定风电机组承受的载荷，并将分别确定的载荷之中的最大载荷作为最终的所述预定风电机组承受的载荷用于控制单元进行所述控制。
可选地，风速检测单元检测预定风电机组周围的预定测风区域的预定海拔高度的风速，
其中，所述设备还包括：预检测单元，预先确定在预定风电机组周围预设的至少一个测风区域处的至少一个海拔高度的风速与在所述预定风电机组处的流体气动数据之间的关系，
其中，气动数据检测单元根据预先确定的在预定风电机组周围预设的至少一个测风区域处的至少一个海拔高度的风速与在所述预定风电机组处的流体气动数据之间的关系，确定与检测的风速对应的在所述预定风电机组处的流体气动数据。
可选地，所述关系为预定数据库，所述预定数据库存储有在至少一个测风区域处在至少一个海拔高度的多个风速、以及与每个测风区域处的每个风速对应的在所述预定风电机组处的流体气动数据。
可选地，预检测单元通过如下方式获得与在任一测风区域处在任一海拔高度的任一风速对应的在所述预定风电机组处的流体气动数据：获取所述任一测风区域处的关于风速和海拔高度的函数；以获取的函数作为入口边界条件，建立大涡模拟模型；使用建立的大涡模拟模型确定与所述任一风速对应的在所述预定风电机组处的流体气动数据。
可选地，所述函数为下面函数中的一个：风速与海拔高度之间的关系函数、风速、风的摩擦速度、海拔高度之间的关系函数、风速、海拔高度与大气热稳定度之间的关系函数。
可选地，预检测单元通过如下方式建立大涡模拟模型：对包括所述预定风电机组和所述预定测风区域的预定范围内的地形建立三维模型；对建立的三维模型进行网格划分；设置入口边界条件和湍流模型；利用网格划分后的三维模型以及设置的入口边界条件和湍流模型来建立大涡模拟模型。
可选地，在预检测单元对建立的三维模型进行网格划分时，实际地理位置越崎岖的地方，网格越密集。
可选地，预检测单元还设置壁面函数，预检测单元利用网格划分后的三维模型以及设置的入口边界条件、湍流模型和壁面函数来建立大涡模拟模型，所述壁面函数如下：
U＝Uf×K×ln((z+z0)/z0)，
其中，U为平均风速，Uf为风的摩擦速度，K为卡门常数，z0为地表粗糙度长度，z为垂直坐标。
可选地，预检测单元根据所述预定风电机组上的预定位置的坐标，通过建立的大涡模拟模型确定与所述任一风速对应的在所述预定位置处的风速和湍流强度，并根据确定的流体气动数据中的风速确定入流角。
可选地，在使用建立的大涡模拟模型确定与所述任一风速对应的在所述预定风电机组处的流体气动数据时，以所述任一海拔高度和所述任一风速作为大涡模拟模型的初始边界条件。
可选地，所述预定测风区域处于所述预定风电机组的上风侧。
根据本发明的控制风电机组的方法和设备，可以在来流到达风电机组之前确定出风电机组将要承受的载荷，从而给风电机组的运行控制操作留出了时间余量。此外，根据本发明的控制风电机组的方法和设备，还可以以较细的粒度对风电机组进行控制，从而更有效地利用风能，并降低对风电机组的正常发电的影响，而不像现有技术根据风况对风电机组的运行进行整体控制。此外，根据本发明的控制风电机组的方法和设备，通过利用提出的大涡模拟模型来检测流体气动数据，在不需要在风电机组上安装专门用于检测流体气动数据的传感器的情况下，可以根据需要获得风电机组上的期望位置的流体气动数据，从而能够以较低的成本获得更多位置的流体气动数据。
附图说明
通过下面结合附图进行的详细描述，本发明的上述和其它目的、特点和优点将会变得更加清楚，其中：
图1示出根据本发明的控制风电机组的方法的流程图；
图2示出根据本发明的实施例的调整任一桨叶的任一分段的桨距角的方法的流程图；
图3示出根据本发明的实施例的获得与在任一测风区域处在任一海拔高度的任一风速对应的在所述预定风电机组处的流体气动数据的流程图；
图4示出根据本发明的实施例的建立大涡模拟模型的流程图；
图5示出根据本发明的实施例的控制风电机组的设备的框图。
具体实施方式
现在，将参照附图更充分地描述不同的示例实施例。
在本发明的控制风电机组的方法中，通过在风电机组的周边设置测风区域，通过测风区域的关于风的数据预测风电机组处的流体气动数据。这样，可以在来流到达风电机组之前确定出风电机组处未来的流体气动数据和风电机组将要承受的载荷，从而给风电机组的运行控制操作留出了时间余量。
图1示出根据本发明的控制风电机组的方法的流程图。
在步骤S110，检测预定风电机组周围的预定测风区域的风速。
可在预定风电机组的周围预先预设至少一个测风区域。在一个实施例中，可在预定风电机组周围每隔预定角度设置一测风区域。所述预定测风区域可以为设置的测风区域中的一个或多个测风区域。优选地，所述预定测风区域为所述至少一个测风区域中的处于所述预定风电机组的上风侧的测风区域。应该理解，这里上风侧是指与当前风向垂直并且经过所述预定风机组的直线的来流的一侧。更优选地，所述预定测风区域为所述预定风电机组前方(即，桨叶当前面向的方向)的测风区域。
可以通过各种方式来检测上述风速。例如，可以在该预定测风区域设置风速计检测风速、通过在风电机组上安装激光测风雷达来检测预定测风区域处的风速。优选地，所述风速为预定海拔高度的风速。应该理解，这里的风速为矢量，包括风速的大小和方向。
在步骤S120，根据检测的风速确定在所述预定风电机组处的流体气动数据。根据本发明的流体气动数据可包括风速、湍流强度和入流角。
可预先确定在预定风电机组之外的预设的至少一个测风区域处的风速与在所述预定风电机组处的流体气动数据之间的关系，然后根据预先确定的关系，确定与检测的风速对应的在所述预定风电机组处的流体气动数据。
在一个实施例中，所述关系通过预定数据库体现，该预定数据库包含各个测风区域处的各个风速以及对应的在所述预定风电机组处的流体气动数据。这样，在所述关系由预定数据库体现的情况下，由于所述预定数据库存储有在所述预定测风区域处在所述预定海拔高度的多个风速、与每个测风区域处的每个风速对应的在所述预定风电机组处的流体气动数据，因此从所述预定数据库提取出与检测的风速对应的在所述预定风电机组处的流体气动数据。在所述预定风电机组处的流体气动数据可包括所述预定风电机组上的预定位置(例如，需要确定载荷的部件)处的流体气动数据。风电机组的每个桨叶根据设计可包括一个或多个分段，每个分段的桨距角可被单独控制。在此情况下，所述预定位置可以为各个分段，所述流体气动数据为每个桨叶的每个分段处的流体气动数据。
可通过各种方式来建立上述预定数据库。例如，通过实测、建模等来建立上述预定数据库。在一个实施例中，可通过建立所述预定风电机组所在区域的流场模型，并基于建立的流场模型来建立上述预定数据库。可利用建立的流场模型确定与各个测风区域处的多个风速对应的在所述预定风电机组处的流体气动数据，从而建立上述预定数据库。
可使用现有的各种流体模拟技术来建立流场模型。将在后面介绍本发明所提出的一种流场模型来建立上述预定数据库的方法。
当所述预定测风区域为多个测风区域时，根据在每个预定测风区域检测的风速分别确定在所述预定风电机组处的流体气动数据。换言之，可以针对每个预定测风区域检测出对应的流体气动数据。
在步骤S130，根据确定的流体气动数据获取所述预定风电机组承受的载荷。
可根据流体气动数据中包括的风速、湍流强度和入流角确定所述预定风电机组承受的载荷。具体地说，首先根据需要确定载荷的部件的当前姿态和需要确定载荷的部件处的流体气动数据中包括的入流角，确定每个需要确定载荷的部件的攻角；然后根据每个需要确定载荷的部件的攻角和每个需要确定载荷的部件处的流体气动数据中包括的风速和湍流强度确定每个需要确定载荷的部件处承受的载荷。
优选地，根据流体气动数据中包括的风速、湍流强度和入流角确定每个桨叶的每个分段承受的载荷。
在一个实施例中，每个分段处承受的载荷为在当前位置处承受的载荷。换言之，每个分段处的流体气动数据为每个分段的当前位置处的流体气动数据，根据该流体气动数据来确定每个分段承受的载荷。
在另一实施例中，每个分段处承受的载荷为每个分段在自己的运动轨迹上的多个位置处承受的载荷中的最大载荷。换言之，每个分段处的流体气动数据包括每个分段在自己的运动轨迹上的多个位置处的流体气动数据。此时，可根据每个分段的每个位置处的流体气动数据来确定每个分段在每个位置处承受的载荷，并找出其中最大的载荷。风电机组的桨叶绕轴旋转，相应地，桨叶上的每个分段也是绕轴旋转。每个分段的运动轨迹为圆形。例如，可以在该圆形上每隔预定角度设置一个位置。应该理解，这里的运动轨迹是在风电机组的桨叶的当前整体姿态下的运动轨迹。
任一分段在任一位置处(例如，当前位置或运动轨迹上的任一位置)承受的载荷通过如下步骤获得：根据所述任一分段的当前桨距角和所述任一分段在所述任一位置处的流体气动数据中包括的入流角，确定所述任一分段在所述任一位置处的攻角；根据所述任一分段的攻角和所述任一分段在所述任一位置处的流体气动数据中包括的风速和湍流强度确定所述任一分段在所述任一位置处承受的载荷。
在一个实施例中，可以基于上述过程实时计算上述载荷。
此外，在一个优选实施例中，可以预先计算出多个攻角、多个风速和多个湍流强度下每个分段处承受的载荷，从而建立载荷数据库。在此情况下，所述载荷数据库具有与每个分段的多个攻角、多个风速、多个湍流强度的每个组合对应的载荷。当获得了攻角、风速和湍流强度时，通过查询载荷数据库来确定对应的载荷。这样，可以进一步提高确定载荷的速度。
上面描述根据确定的与单个预定测风区域对应的流体气动数据获取所述预定风电机组承受的载荷。当所述预定测风区域为多个测风区域时，可利用上述方式根据与每个预定测风区域对应的流体气动数据，分别获取所述预定风电机组承受的载荷。换言之，可以针对每个预定测风区域获取对应的所述预定风电机组承受的载荷。在此情况下，可将获取的载荷中的最大载荷作为最终的所述预定风电机组承受的载荷。例如，对于任一分段在任一位置处的载荷，可根据来自多个测风区域的风速所确定的在所述任意位置处的流体气动数据分别计算多个载荷，将其中最大的载荷作为最终的载荷，也即，下面的步骤S140使用的每个载荷是针对多个测风区域计算的多个载荷中的最大载荷。由于使用了多个测风区域作为预定测风区域，进一步增加了安全冗余度。在步骤S140，根据获取的载荷对所述预定风电机组的运行进行控制。
首先判断获取的载荷是否将会对所述预定风电机组的运行产生影响。当确定获取的载荷对所述预定风电机组的运行产生影响时，对所述预定风电机组的运行进行控制，以消除所述影响。当某一部件承受的载荷大于警戒载荷时，可单独对该部件进行控制，来使得部件承受的载荷不大于警戒载荷。
在一个实施例中，当任一桨叶的任一分段所承受的载荷大于警戒载荷时，调整所述任一分段的桨距角，以使所述任一分段承受的载荷小于或等于警戒载荷。
下面参照图2描述调整任一分段的桨距角的方法。图2示出根据本发明的实施例的调整任一桨叶的任一分段的桨距角的方法的流程图。
在步骤S210，获取在所述任一分段处承受的载荷(例如，当前位置处承受的最大载荷或运动轨迹上多个位置处承受的最大载荷)所对应的流体气动数据(即，用于获取该载荷的流体气动数据)中包括的风速和湍流强度的条件下使得所述任一分段承受的载荷小于或等于警戒载荷的攻角。换言之，根据风速、湍流强度和载荷反向推算攻角。例如，可以通过实时计算或者基于风速和湍流强度查询上面提到的数据库获得使得所述任一分段承受的载荷小于或等于警戒载荷的攻角。在希望最小化对风电机组的影响的情况下，获取使得所述任一分段承受的载荷等于警戒载荷的攻角。
在步骤S220，根据获取的攻角和所述任一分段处承受的载荷所对应的流体气动数据中包括的入流角，确定所述任一分段的桨距角。
在步骤S230，将所述任一分段的当前桨距角调整至确定的桨距角。
现有技术在根据风况对风电机组进行避险控制时，通常根据风况对风电机组的运行进行整体控制，而没有针对桨叶的每个分段的风况单独对每个分段进行控制，这会导致风电机组的发电波动较大。也就是说，现有技术中，对桨叶进行分段仅是利用分段调整转速来实现风电机组的整体发电目标，而没有针对单个分段进行避险控制。而根据本发明，针对桨叶的每个分段的风况单独对每个分段进行控制，可以以较细的粒度进行控制，从而更有效地利用风能，并降低对风电机组的正常发电的影响，而不像现有技术根据风况对风电机组的运行进行整体控制。
下面详细描述根据本发明的实施例的建立在步骤S120中使用的预定数据库的方法。
在一个实施例中，所述预定数据库存储有在所述至少一个测风区域处在至少一个海拔高度的多个风速、以及与每个测风区域处的每个风速对应的在所述预定风电机组处的流体气动数据。
下面详细描述获得预定数据库中的不同测风区域处的各个海拔高度处的不同风速下在所述预定风电机组处的流体气动数据的处理。
需要针对每个测风区域来预先获得在至少一个海拔高度处的不同风速以及与不同风速对应的在所述预定风电机组处的流体气动数据。
对于任一测风区域，需要建立对应的大涡模拟模型，来获取在该任一测风区域处在至少一个海拔高度处的不同风速以及与不同风速对应的在所述预定风电机组处的流体气动数据。在此情况下，优选地，当预定风电机组的周围存在对预定风电机组的来流产生影响的对象时，在所述对象的上风处设置测风区域(即，所述对象位于测风区域与预定风电机组之间)。来流产生影响的对象可以是例如，障碍物(例如，山、树林)、凹坑(例如，峡谷、湖泊、河流等)以及对来流产生影响的其他地形地貌。
下面参照图3和图4来描述获得与在任一测风区域处在任一海拔高度的任一风速对应的在所述预定风电机组处的流体气动数据的过程。
图3示出根据本发明的实施例的获得与在任一测风区域处在任一海拔高度的任一风速对应的在所述预定风电机组处的流体气动数据的流程图。
在步骤S310，获取所述任一测风区域处的关于风速和海拔高度的函数。换言之，需要获得在该任一测风区域处的地理状况对不同海拔高度的风速的影响情况。
关于风速和海拔高度的函数可以为下面函数中的一个：风速与海拔高度之间的关系函数、风速、风的摩擦速度、海拔高度之间的关系函数、风速、海拔高度与大气热稳定度之间的关系函数。
在步骤S320，以获取的函数作为入口边界条件，建立大涡模拟模型。
下面参照图4描述建立大涡模拟模型的过程。图4示出根据本发明的实施例的建立大涡模拟模型的流程图。
如图4所示，在步骤S410，对包括所述预定风电机组和所述预定测风区域的预定范围内的地形建立三维模型。也就是说，将所述预定范围内的地形的三维形态进行数据化，以便进行后续的建模。
在步骤S420，对建立的三维模型进行网格划分。在一个优选实施例中，进一步考虑实际地形的崎岖程度，在对建立的三维模型进行网格划分时，实际地理位置越崎岖的地方，网格越密集。
在步骤S430，设置入口边界条件和湍流模型。这里，入口边界条件为在步骤S310中确定的函数。与使用风速与海拔高度之间的关系函数作为入口边界条件相比，使用风速、风的摩擦速度、海拔高度之间的关系函数作为入口边界条件进一步考虑了地表粗糙度的影响，最终得到的流体气动数据会更为准确。与使用风速、风的摩擦速度、海拔高度之间的关系函数作为入口边界条件相比，使用风速、海拔高度与大气热稳定度之间的关系函数作为入口边界条件，可以在不同的气流环境下得到更可靠的流体气动数据。湍流模型可使用用于进行大涡模拟的各种湍流模型(例如，亚格子模型)，本发明不进行限制。
在步骤S440，利用网格划分后的三维模型以及设置的入口边界条件和湍流模型来建立大涡模拟模型。
在一个优选实施例中，在建立大涡模拟模型时还可进一步考虑设置壁面函数，以对一些复杂地形(例如，山区)进行更准确地建模。所述壁面函数如下面的式(1)所示：
U＝Uf×K×ln((z+z0)/z0) (1)
其中，U为平均风速，Uf为风的摩擦速度，K为卡门常数，z0为地表粗糙度长度，z为垂直坐标。
在步骤S330，使用建立的大涡模拟模型确定与所述任一风速对应的在所述预定风电机组处的流体气动数据。
在使用建立的大涡模拟模型确定与所述任一风速对应的在所述预定风电机组处的流体气动数据时，以所述任一海拔高度和所述任一风速作为大涡模拟模型的初始边界条件。在大涡模拟模型被设置了初始边界条件之后，可根据测点的坐标来获得测点处的流体气动数据。
在此情况下，可根据所述预定风电机组上的预定位置的坐标，通过建立的大涡模拟模型确定与所述任一风速对应的在所述预定位置处的流体气动数据。
可通过大涡模拟模型直接获得所述预定位置处的风速和/或湍流强度。此外，还可进一步根据获得的流体气动数据中的风速确定所述预定位置处的入流角。
下面详细描述根据本发明的是实力的控制风电机组的设备。
根据本发明的实施例的控制风电机组的设备，通过在风电机组的周边设置的测风区域测的关于风的数据确定风电机组处的流体气动数据。这样，所述设备可以在来流到达风电机组之前确定出风电机组处未来的流体气动数据和风电机组将要承受的载荷，从而给风电机组的运行控制操作留出了时间余量。
图5示出根据本发明的实施例的控制风电机组的设备的框图。
如图5所示，根据本发明的实施例的控制风电机组的设备500包括风速检测单元510、气动数据检测单元520、载荷检测单元530、控制单元540。
风速检测单元510检测预定风电机组周围的预定测风区域的风速。
可在预定风电机组的周围预设至少一个测风区域。在一个实施例中，可在预定风电机组周围每隔预定角度设置一测风区域。所述预定测风区域可以为设置的测风区域中的一个或多个测风区域。优选地，所述预定测风区域为所述至少一个测风区域中的处于所述预定风电机组的上风侧的测风区域。应该理解，这里上风侧是指与当前风向垂直并且经过所述预定风机组的直线的来流的一侧。更优选地，所述预定测风区域为所述预定风电机组前方(即，桨叶当前面向的方向)的测风区域。
风速检测单元510可以通过各种方式来检测上述风速。例如，风速检测单元510可以通过在该预定测风区域设置风速计检测风速、通过在风电机组上安装激光测风雷达来检测预定测风区域处的风速。优选地，所述风速为预定海拔高度的风速。应该理解，这里的风速为矢量，包括风速的大小和方向。
气动数据检测单元520根据检测的风速确定在所述预定风电机组处的流体气动数据。根据本发明的流体气动数据可包括风速、湍流强度和入流角。
可预先确定在预定风电机组之外的预设的至少一个测风区域处的风速与在所述预定风电机组处的流体气动数据之间的关系，然后气动数据检测单元520根据预先确定的关系，确定与检测的风速对应的在所述预定风电机组处的流体气动数据。在一个实施例中，设备500还可包括预检测单元，用于可预先确定在预定风电机组之外的预设的至少一个测风区域处的风速与在所述预定风电机组处的流体气动数据之间的关系。例如，预检测单元可预先确定在预定风电机组周围预设的至少一个测风区域处的至少一个海拔高度的风速与在所述预定风电机组处的流体气动数据之间的关系。
在一个实施例中，所述关系通过预定数据库体现，该预定数据库包含各个测风区域处的各个风速以及对应的在所述预定风电机组处的流体气动数据。这样，在所述关系由预定数据库体现的情况下，由于所述预定数据库存储有在所述预定测风区域处在所述预定海拔高度的多个风速、与每个测风区域处的每个风速对应的在所述预定风电机组处的流体气动数据，因此从所述预定数据库提取出与检测的风速对应的在所述预定风电机组处的流体气动数据。在所述预定风电机组处的流体气动数据可包括所述预定风电机组上的预定位置(例如，需要确定载荷的部件)处的流体气动数据。风电机组的每个桨叶根据设计可包括一个或多个分段，每个分段的桨距角可被单独控制。在此情况下，所述预定位置可以为各个分段，所述流体气动数据为每个桨叶的每个分段处的流体气动数据。
可通过各种方式来建立上述预定数据库。例如，通过实测、建模等来建立上述预定数据库。在一个实施例中，可通过建立所述预定风电机组所在区域的流场模型，并基于建立的流场模型来建立上述预定数据库。例如，可利用建立的流场模型确定与各个测风区域处的多个风速对应的在所述预定风电机组处的流体气动数据，从而建立上述预定数据库。
可使用现有的各种流体模拟技术来建立流场模型。将在后面介绍本发明所提出的一种流场模型来建立上述预定数据库的方法。
当所述预定测风区域为多个测风区域时，气动数据检测单元520根据在每个预定测风区域检测的风速分别确定在所述预定风电机组处的流体气动数据。换言之，可以针对每个预定测风区域检测出对应的流体气动数据。
载荷检测单元530根据确定的流体气动数据获取所述预定风电机组承受的载荷。
载荷检测单元530可根据流体气动数据中包括的风速、湍流强度和入流角确定所述预定风电机组承受的载荷。具体地说，载荷检测单元530首先根据需要确定载荷的部件的当前姿态和需要确定载荷的部件处的流体气动数据中包括的入流角，确定每个需要确定载荷的部件的攻角；然后根据每个需要确定载荷的部件的攻角和每个需要确定载荷的部件处的流体气动数据中包括的风速和湍流强度确定每个需要确定载荷的部件处承受的载荷。
优选地，载荷检测单元530根据流体气动数据中包括的风速、湍流强度和入流角确定每个桨叶的每个分段承受的载荷。
在一个实施例中，每个分段处承受的载荷为在当前位置处承受的载荷。换言之，每个分段处的流体气动数据为每个分段的当前位置处的流体气动数据，载荷检测单元530根据该流体气动数据来确定每个分段承受的载荷。
在另一实施例中，每个分段处承受的载荷为每个分段在自己的运动轨迹上的多个位置处承受的载荷中的最大载荷。换言之，每个分段处的流体气动数据包括每个分段在自己的运动轨迹上的多个位置处的流体气动数据。此时，载荷检测单元530可根据每个分段的每个位置处的流体气动数据来确定每个分段在每个位置处承受的载荷，并找出其中最大的载荷。风电机组的桨叶绕轴旋转，相应地，桨叶上的每个分段也是绕轴旋转。每个分段的运动轨迹为圆形。例如，可以在该圆形上每隔预定角度设置一个位置。应该理解，这里的运动轨迹是在风电机组的桨叶的当前整体姿态下的运动轨迹。
载荷检测单元530可通过如下方式获得任一分段在任一位置处(例如，当前位置或运动轨迹上的任一位置)承受的载荷：根据所述任一分段的当前桨距角和所述任一分段在所述任一位置处的流体气动数据中包括的入流角，确定所述任一分段在所述任一位置处的攻角；根据所述任一分段的攻角和所述任一分段在所述任一位置处的流体气动数据中包括的风速和湍流强度确定所述任一分段在所述任一位置处承受的载荷。
在一个实施例中，载荷检测单元530可以基于上述过程实时计算上述载荷。
此外，在一个优选实施例中，可以预先计算出多个攻角、多个风速和多个湍流强度下每个分段处承受的载荷，从而建立载荷数据库。在此情况下，所述载荷数据库具有与每个分段的多个攻角、多个风速、多个湍流强度的每个组合对应的载荷。当获得了攻角、风速和湍流强度时，载荷检测单元530通过查询载荷数据库来确定对应的载荷。这样，可以进一步提高确定载荷的速度。
上面描述根据确定的与单个预定测风区域对应的流体气动数据获取所述预定风电机组承受的载荷。当所述预定测风区域为多个测风区域时，可利用上述方式根据与每个预定测风区域对应的流体气动数据，分别获取所述预定风电机组承受的载荷。换言之，可以针对每个预定测风区域获取对应的所述预定风电机组承受的载荷。在此情况下，可将获取的载荷中的最大载荷作为最终的所述预定风电机组承受的载荷。例如，对于任一分段在任一位置处的载荷，可根据来自多个测风区域的风速所确定的在所述任意位置处的流体气动数据分别计算多个载荷，将其中最大的载荷作为最终的载荷，也即，控制单元540使用的每个载荷是针对多个测风区域计算的多个载荷中的最大载荷。由于使用了多个测风区域作为预定测风区域，进一步增加了安全冗余度。
控制单元540根据获取的载荷对所述预定风电机组的运行进行控制。控制单元540首先判断获取的载荷是否将会对所述预定风电机组的运行产生影响。当确定获取的载荷对所述预定风电机组的运行产生影响时，控制单元540对所述预定风电机组的运行进行控制，以消除所述影响。当某一部件承受的载荷大于警戒载荷时，可单独对该部件进行控制，来使得部件承受的载荷不大于警戒载荷。
在一个实施例中，当任一桨叶的任一分段所承受的载荷大于警戒载荷时，控制单元540调整所述任一分段的桨距角，以使所述任一分段承受的载荷小于或等于警戒载荷。
具体地说，控制单元540首先获取在所述任一分段处承受的载荷(例如，当前位置处承受的最大载荷或运动轨迹上多个位置处承受的最大载荷)所对应的流体气动数据中包括的风速和湍流强度的条件下使得所述任一分段承受的载荷小于或等于警戒载荷的攻角。例如，可以通过实时计算或者基于风速和湍流强度查询上面提到的数据库获得使得所述任一分段承受的载荷小于或等于警戒载荷的攻角。在希望最小化对风电机组的影响的情况下，获取使得所述任一分段承受的载荷等于警戒载荷的攻角。
随后，控制单元540根据获取的攻角和所述任一分段处承受的载荷所对应的流体气动数据中包括的入流角，确定所述任一分段的桨距角。
随后，控制单元540将所述任一分段的当前桨距角调整至确定的桨距角。
现有技术在根据风况对风电机组进行避险控制时，通常根据风况对风电机组的运行进行整体控制，而没有针对桨叶的每个分段的风况单独对每个分段进行控制，这会导致风电机组的发电波动较大。也就是说，现有技术中，对桨叶进行分段仅是利用分段调整转速来实现风电机组的整体发电目标，而没有针对单个分段进行避险控制。而根据本发明，针对桨叶的每个分段的风况单独对每个分段进行控制，可以以较细的粒度进行控制，从而更有效地利用风能，并降低对风电机组的正常发电的影响，而不像现有技术根据风况对风电机组的运行进行整体控制。
下面详细描述根据本发明的实施例的预检测单元建立预定数据库的处理。
在一个实施例中，所述预定数据库存储有在所述至少一个测风区域处在至少一个海拔高度的多个风速、以及与每个测风区域处的每个风速对应的在所述预定风电机组处的流体气动数据。
下面详细描述预检测单元获得预定数据库中的不同测风区域处的各个海拔高度处的不同风速下在所述预定风电机组处的流体气动数据的处理。
预检测单元需要针对每个测风区域来预先获得在至少一个海拔高度处的不同风速以及与不同风速对应的在所述预定风电机组处的流体气动数据。
对于任一测风区域，预检测单元需要建立对应的大涡模拟模型，来获取在该任一测风区域处在至少一个海拔高度处的不同风速以及与不同风速对应的在所述预定风电机组处的流体气动数据。在此情况下，优选地，当预定风电机组的周围存在对预定风电机组的来流产生影响的对象时，在所述对象的上风处设置测风区域(即，所述对象位于测风区域与预定风电机组之间)。来流产生影响的对象可以是例如，障碍物(例如，山、树林)、凹坑(例如，峡谷、湖泊、河流等)以及对来流产生影响的其他地形地貌。
下面描述预检测单元获得与在任一测风区域处在任一海拔高度的任一风速对应的在所述预定风电机组处的流体气动数据的过程。
首先，预检测单元获取所述任一测风区域处的关于风速和海拔高度的函数。换言之，需要获得在该任一测风区域处的地理状况对不同海拔高度的风速的影响情况。
关于风速和海拔高度的函数可以为下面函数中的一个：风速与海拔高度之间的关系函数、风速、风的摩擦速度、海拔高度之间的关系函数、风速、海拔高度与大气热稳定度之间的关系函数。
随后，预检测单元以获取的函数作为入口边界条件，建立大涡模拟模型。
最后，预检测单元使用建立的大涡模拟模型确定与所述任一风速对应的在所述预定风电机组处的流体气动数据。
在使用建立的大涡模拟模型确定与所述任一风速对应的在所述预定风电机组处的流体气动数据时，预检测单元以所述任一海拔高度和所述任一风速作为大涡模拟模型的初始边界条件。在大涡模拟模型被设置了初始边界条件之后，可根据测点的坐标来获得测点处的流体气动数据。
在此情况下，预检测单元可根据所述预定风电机组上的预定位置的坐标，通过建立的大涡模拟模型确定与所述任一风速对应的在所述预定位置处的流体气动数据。
预检测单元可通过大涡模拟模型直接获得所述预定位置处的风速和/或湍流强度。此外，预检测单元还可进一步根据获得的流体气动数据中的风速确定所述预定位置处的入流角。
下面参照图4描述建立大涡模拟模型的过程。图4示出根据本发明的实施例的建立大涡模拟模型的流程图。
为了建立对应于任一测风区域的大涡模拟模型，预检测单元首先对包括所述预定风电机组和所述预定测风区域的预定范围内的地形建立三维模型。也就是说，将所述预定范围内的地形的三维形态进行数据化，以便进行后续的建模。
随后，预检测单元对建立的三维模型进行网格划分。在一个优选实施例中，进一步考虑实际地形的崎岖程度，在对建立的三维模型进行网格划分时，实际地理位置越崎岖的地方，网格越密集。
随后，预检测单元设置入口边界条件和湍流模型。这里，入口边界条件为在上面获取的函数。与使用风速与海拔高度之间的关系函数作为入口边界条件相比，使用风速、风的摩擦速度、海拔高度之间的关系函数作为入口边界条件进一步考虑了地表粗糙度的影响，最终得到的流体气动数据会更为准确。与使用风速、风的摩擦速度、海拔高度之间的关系函数作为入口边界条件相比，使用风速、海拔高度与大气热稳定度之间的关系函数作为入口边界条件，可以在不同的气流环境下得到更可靠的流体气动数据。湍流模型可使用用于进行大涡模拟的各种湍流模型(例如，亚格子模型)，本发明不进行限制。
随后，预检测单元利用网格划分后的三维模型以及设置的入口边界条件和湍流模型来建立大涡模拟模型。
在一个优选实施例中，在建立大涡模拟模型时还可进一步考虑设置壁面函数，以对一些复杂地形(例如，山区)进行更准确地建模。所述壁面函数为如上面提到的式(1)所示。
根据本发明的控制风电机组的方法和设备，可以在来流到达风电机组之前确定出风电机组将要承受的载荷，从而给风电机组的运行控制操作留出了时间余量。此外，根据本发明的控制风电机组的方法和设备，还可以以较细的粒度对风电机组进行控制，从而更有效地利用风能，并降低对风电机组的正常发电的影响，而不像现有技术根据风况对风电机组的运行进行整体控制。此外，根据本发明的控制风电机组的方法和设备，通过利用提出的大涡模拟模型来检测流体气动数据，在不需要在风电机组上安装专门用于检测流体气动数据的传感器的情况下，可以根据需要获得风电机组上的期望位置的流体气动数据，从而能够以较低的成本获得更多位置的流体气动数据。
此外，根据本发明的示例性实施例的上述方法可以被实现为计算机可读介质上的计算机程序，从而当运行该程序时，实现上述方法。
此外，根据本发明的示例性实施例的上述设备中的各个单元可被实现硬件组件或软件模块。此外，本领域技术人员可根据限定的各个单元所执行的处理，通过例如使用现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)或处理器来实现各个硬件组件，可以通过编程技术来实现各个软件模块。
尽管已经参照其示例性实施例具体显示和描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。

Claims (34)

1.一种控制风电机组的方法，其特征在于，所述方法包括：
检测预定风电机组周围的预定测风区域的风速；
根据检测的风速确定在所述预定风电机组处的流体气动数据；
根据确定的流体气动数据获取所述预定风电机组承受的载荷；
根据获取的载荷对所述预定风电机组的运行进行控制。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据获取的载荷对所述预定风电机组的运行进行控制的步骤包括：当确定获取的载荷对所述预定风电机组的运行产生影响时，对所述预定风电机组的运行进行控制，以消除所述影响。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预定风电机组的每个桨叶包括一个或多个分段，所述流体气动数据为每个桨叶的每个分段处的流体气动数据，所述载荷为每个桨叶的每个分段处承受的载荷。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，每个分段处的流体气动数据为每个分段的当前位置处的流体气动数据，每个分段处承受的载荷为在当前位置处承受的载荷；或者，
每个分段处的流体气动数据包括每个分段在自己的运动轨迹上的多个位置处的流体气动数据，每个分段处承受的载荷为每个分段在所述多个位置处承受的载荷中的最大载荷。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据获取的载荷对所述预定风电机组的运行进行控制的步骤包括：当任一桨叶的任一分段所承受的载荷大于警戒载荷时，调整所述任一分段的桨距角，以使所述任一分段承受的载荷小于或等于警戒载荷。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，任一分段在任一位置处承受的载荷通过如下步骤获得：
根据所述任一分段的当前桨距角和所述任一分段在所述任一位置处的流体气动数据中包括的入流角，确定所述任一分段在所述任一位置处的攻角；
根据所述任一分段的攻角和所述任一分段在所述任一位置处的流体气动数据中包括的风速和湍流强度确定所述任一分段在所述任一位置处承受的载荷。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，调整所述任一分段的桨距角的步骤包括：
获取在所述任一分段处承受的载荷所对应的流体气动数据中包括的风速和湍流强度的条件下使得所述任一分段承受的载荷小于或等于警戒载荷的攻角；
根据获取的攻角和所述任一分段处的流体气动数据中包括的入流角，确定所述任一分段的桨距角；
将所述任一分段的当前桨距角调整至确定的桨距角。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，根据所述任一分段的攻角和所述任一分段在所述任一位置处的流体气动数据中包括的风速和湍流强度确定所述任一分段在所述任一位置处承受的载荷的步骤包括：
从载荷数据库获取与所述任一分段的攻角和所述任一分段在所述任一位置处的流体气动数据中包括的风速和湍流强度对应的载荷，其中，所述载荷数据库具有与每个分段的多个攻角、多个风速、多个湍流强度的每个组合对应的载荷。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据检测的风速确定在所述预定风电机组处的流体气动数据的步骤包括；当所述预定测风区域为多个时，根据在每个预定测风区域检测的风速分别确定在所述预定风电机组处的流体气动数据；
根据确定的流体气动数据获取所述预定风电机组承受的载荷的步骤包括：根据各个分别确定的在所述预定风电机组处的流体气动数据，分别确定所述预定风电机组承受的载荷，并将分别确定的载荷之中的最大载荷作为最终的所述预定风电机组承受的载荷。
10.根据权利要求1至9中的任意一项所述的方法，其特征在于，检测预定风电机组周围的预定测风区域的风速的步骤包括：检测预定风电机组周围的预定测风区域的预定海拔高度的风速，
其中，所述方法还包括：预先确定在预定风电机组周围预设的至少一个测风区域处的至少一个海拔高度的风速与在所述预定风电机组处的流体气动数据之间的关系，
其中，根据检测的风速确定在所述预定风电机组处的流体气动数据的步骤包括：根据预先确定的在预定风电机组周围预设的至少一个测风区域处的至少一个海拔高度的风速与在所述预定风电机组处的流体气动数据之间的关系，确定与检测的风速对应的在所述预定风电机组处的流体气动数据。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述关系为预定数据库，所述预定数据库存储有在至少一个测风区域处在至少一个海拔高度的多个风速、以及与每个测风区域处的每个风速对应的在所述预定风电机组处的流体气动数据。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，与在任一测风区域处在任一海拔高度的任一风速对应的在所述预定风电机组处的流体气动数据通过如下方式获得：
获取所述任一测风区域处的关于风速和海拔高度的函数；
以获取的函数作为入口边界条件，建立大涡模拟模型；
使用建立的大涡模拟模型确定与所述任一风速对应的在所述预定风电机组处的流体气动数据。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述函数为下面函数中的一个：风速与海拔高度之间的关系函数、风速、风的摩擦速度、海拔高度之间的关系函数、风速、海拔高度与大气热稳定度之间的关系函数。
14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，建立大涡模拟模型的步骤包括：
对包括所述预定风电机组和所述预定测风区域的预定范围内的地形建立三维模型；
对建立的三维模型进行网格划分；
设置入口边界条件和湍流模型；
利用网格划分后的三维模型以及设置的入口边界条件和湍流模型来建立大涡模拟模型。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，建立大涡模拟模型的步骤还包括：设置壁面函数，
利用网格划分后的三维模型以及设置的入口边界条件和湍流模型来建立大涡模拟模型的步骤包括：利用网格划分后的三维模型以及设置的入口边界条件、湍流模型和壁面函数来建立大涡模拟模型，
所述壁面函数如下：
U＝Uf×K×ln((z+z0)/z0)，
其中，U为平均风速，Uf为风的摩擦速度，K为卡门常数，z0为地表粗糙度长度，z为垂直坐标。
16.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，使用建立的大涡模拟模型确定与所述任一风速对应的在所述预定风电机组处的流体气动数据的步骤包括：根据所述预定风电机组上的预定位置的坐标，通过建立的大涡模拟模型确定与所述任一风速对应的在所述预定位置处的风速和湍流强度；并根据确定的流体气动数据中的风速确定入流角。
17.根据权利要求1至16中的任意一项所述的方法，其特征在于，所述预定测风区域处于所述预定风电机组的上风侧。
18.一种控制风电机组的设备，其特征在于，所述设备包括：
风速检测单元，检测预定风电机组周围的预定测风区域的风速；
气动数据检测单元，根据检测的风速确定在所述预定风电机组处的流体气动数据；
载荷检测单元，根据确定的流体气动数据获取所述预定风电机组承受的载荷；
控制单元，根据获取的载荷对所述预定风电机组的运行进行控制。
19.根据权利要求18所述的设备，其特征在于，当控制单元确定获取的载荷对所述预定风电机组的运行产生影响时，控制单元对所述预定风电机组的运行进行控制，以消除所述影响。
20.根据权利要求18所述的设备，其特征在于，所述预定风电机组的每个桨叶包括一个或多个分段，所述流体气动数据为每个桨叶的每个分段处的流体气动数据，所述载荷为每个桨叶的每个分段处承受的载荷。
21.根据权利要求20所述的设备，其特征在于，每个分段处的流体气动数据为每个分段的当前位置处的流体气动数据，每个分段处承受的载荷为在当前位置处承受的载荷；或者，
每个分段处的流体气动数据包括每个分段在自己的运行轨迹上的多个位置处的流体气动数据，每个分段处承受的载荷为每个分段在所述多个位置处承受的载荷中的最大载荷。
22.根据权利要求20所述的设备，其特征在于，当任一桨叶的任一分段所承受的载荷大于警戒载荷时，控制单元调整所述任一分段的桨距角，以使所述任一分段承受的载荷小于或等于警戒载荷。
23.根据权利要求20所述的设备，其特征在于，载荷检测单元根据下面的方式获得任一分段在任一位置处承受的载荷：根据所述任一分段的当前桨距角和所述任一分段在所述任一位置处的流体气动数据中包括的入流角，确定所述任一分段在所述任一位置处的攻角；根据所述任一分段的攻角和所述任一分段在所述任一位置处的流体气动数据中包括的风速和湍流强度确定所述任一分段在所述任一位置处承受的载荷。
24.根据权利要求20所述的设备，其特征在于，控制单元通过如下方式调整所述任一分段的桨距角：
获取在所述任一分段处承受的载荷所对应的流体气动数据中包括的风速和湍流强度的条件下使得所述任一分段承受的载荷小于或等于警戒载荷的攻角；
根据获取的攻角和所述任一分段处承受的载荷所对应的流体气动数据中包括的入流角，确定所述任一分段的桨距角；
将所述任一分段的当前桨距角调整至确定的桨距角。
25.根据权利要求23所述的设备，其特征在于，载荷检测单元从载荷数据库获取与所述任一分段的攻角和所述任一分段在所述任一位置处的流体气动数据中包括的风速和湍流强度对应的载荷，其中，所述载荷数据库具有与每个分段的多个攻角、多个风速、多个湍流强度的每个组合对应的载荷。
26.根据权利要求18所述的设备，其特征在于，当所述预定测风区域为多个时，气动数据检测单元根据在每个预定测风区域检测的风速分别确定在所述预定风电机组处的流体气动数据；
载荷检测单元根据各个分别确定的在所述预定风电机组处的流体气动数据，分别确定所述预定风电机组承受的载荷，并将分别确定的载荷之中的最大载荷作为最终的所述预定风电机组承受的载荷。
27.根据权利要求18至26中的任意一项所述的设备，其特征在于，风速检测单元检测预定风电机组周围的预定测风区域的预定海拔高度的风速，
其中，所述设备还包括：预检测单元，预先确定在预定风电机组周围预设的至少一个测风区域处的至少一个海拔高度的风速与在所述预定风电机组处的流体气动数据之间的关系，
其中，气动数据检测单元根据预先确定的在预定风电机组周围预设的至少一个测风区域处的至少一个海拔高度的风速与在所述预定风电机组处的流体气动数据之间的关系，确定与检测的风速对应的在所述预定风电机组处的流体气动数据。
28.根据权利要求27所述的设备，其特征在于，所述关系为预定数据库，所述预定数据库存储有在至少一个测风区域处在至少一个海拔高度的多个风速、以及与每个测风区域处的每个风速对应的在所述预定风电机组处的流体气动数据。
29.根据权利要求28所述的设备，其特征在于，预检测单元通过如下方式获得与在任一测风区域处在任一海拔高度的任一风速对应的在所述预定风电机组处的流体气动数据：
获取所述任一测风区域处的关于风速和海拔高度的函数；
以获取的函数作为入口边界条件，建立大涡模拟模型；
使用建立的大涡模拟模型确定与所述任一风速对应的在所述预定风电机组处的流体气动数据。
30.根据权利要求29所述的设备，其特征在于，所述函数为下面函数中的一个：风速与海拔高度之间的关系函数、风速、风的摩擦速度、海拔高度之间的关系函数、风速、海拔高度与大气热稳定度之间的关系函数。
31.根据权利要求29所述的设备，其特征在于，预检测单元通过如下方式建立大涡模拟模型：
对包括所述预定风电机组和所述预定测风区域的预定范围内的地形建立三维模型；
对建立的三维模型进行网格划分；
设置入口边界条件和湍流模型；
利用网格划分后的三维模型以及设置的入口边界条件和湍流模型来建立大涡模拟模型。
32.根据权利要求31所述的设备，其特征在于，预检测单元还设置壁面函数，
预检测单元利用网格划分后的三维模型以及设置的入口边界条件、湍流模型和壁面函数来建立大涡模拟模型，
所述壁面函数如下：
U＝Uf×K×ln((z+z0)/z0)，
其中，U为平均风速，Uf为风的摩擦速度，K为卡门常数，z0为地表粗糙度长度，z为垂直坐标。
33.根据权利要求29所述的设备，其特征在于，预检测单元根据所述预定风电机组上的预定位置的坐标，通过建立的大涡模拟模型确定与所述任一风速对应的在所述预定位置处的风速和湍流强度，并根据确定的流体气动数据中的风速确定入流角。
34.根据权利要求18至33中的任意一项所述的设备，其特征在于，所述预定测风区域处于所述预定风电机组的上风侧。
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