CN107100794B - 一种风轮机能量感知及控制方法 - Google Patents

一种风轮机能量感知及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种风轮机能量感知及控制方法，包括以下步骤：S1、根据实测数据建立风轮机机组中风轮机能量的估测模型；S2、将当前实测数据和风轮机模型输入所述的估测模型得到估测结果；S3、根据估测结果控制风轮机机组并网或控制风轮机机组保持空转状态；其中，所述的实测数据包括风轮机的实测转速和对应所述实测转速同一时点的空气密度。本发明中通过测量风轮机的转速及空气密度，结合模型可对风轮机发电量进行精确估测。并根据估测结果控制风轮机机组并网或者保持空转状态。

Description

一种风轮机能量感知及控制方法
技术领域
本发明属于电力系统控制领域，尤其涉及一种风轮机能量感知及控制方法。
背景技术
由于风是大气压力差引起的空气流动所产生的，风向和风力的大小时刻都在变化。风力发电具有波动性、间歇性和随机性的特点。这些特点所导致的风轮机机组功率波动，会对地区电网整体运行产生影响，进而会影响到整个地区总网内的电压稳定。因此，当风力发电场特别是大容量风力发电场接入电网时，就会给整个电力系统的安全、稳定运行带来一定的隐患。同时，这些波动性、间歇性和随机性的特点，也会严重影响风轮机的发电效率和使用寿命。
然而，风轮机的能量可通过风信息进行能量估测，但是风信息情况复杂包括了风速和风向信息，且获得的该风信息本来就不是很精确，因此预测的结果不会是精确的预测结果。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种风轮机能量感知及控制方法，通过测量风轮机的转速及空气密度，结合模型可对风轮机发电量进行精确估测。并根据估测结果控制风轮机机组并网或者保持空转状态。
为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：
一种风轮机能量感知及控制方法，包括以下步骤：
S1、根据实测数据建立风轮机机组中风轮机能量的估测模型；
S2、将当前实测数据和风轮机模型输入所述的估测模型得到估测结果；
S3、根据估测结果控制风轮机机组并网或控制风轮机机组保持空转状态；
其中，所述的实测数据包括风轮机的实测转速和对应所述实测转速同一时点的空气密度。
在上述方案中，通过实测数据建立风轮机中风轮机能量的估测模型，比起通过风信息来估测风轮能量，准确性更高。因为风信息测量不准确，且包括了风速和风向信息变化大。
优选的，在步骤S1中，还包括以下步骤：
S101、采集目标风轮机的历史数据，每一历史数据包括了风轮机的实测转速、风轮机所在地理位置的空气密度以及对应的风轮机能量；
S102、从历史数据中抽取N个历史数据构成N个训练样本；
S103、建立风轮机能量的估测模型，将步骤S102中的N个训练样本带入该风轮机能量的估测模型中进行训练，以确定风轮机能量的估测模型中的各个参数。
优选的，所述的风轮机能量的估测模型的输入数据包括风轮机模型、目标风轮机的实测转速以及对应的空气密度；
优选的，所述的风轮机模型包括风轮机的各项参数；
优选的，所述的各项参数包括风轮机的桨叶参数，风轮机的型号、风轮机的总重，叶片的材料、叶片的总长。
优选的，所述的空气密度通过以下步骤获取：
S1001、给风轮机组设置气压传感器来采集风轮机所在位置的空气气压值；
S1002、给风轮机组设置温度传感器来采集对应步骤S1001中的空气气压值同一时点的空气温度值；
S1003、将步骤S1001中获得的空气气压值和步骤S1002中获得的空气温度值代入气体状态公式得到所述的空气密度。
优选的，在步骤S1中，包括将风轮机机组的各风轮机按照类型分类分为N类风轮机，分别针对各N类风轮机建立N种风轮机能量的估测模型，并分别针对各风轮机能量的估测模型进行模型训练，确定各参数值。
优选的，所述的估测结果为风轮机的能量，在步骤S3中所述的根据估测结果控制风轮机机组并网或控制风轮机机组保持空转状态包括：判断风轮机机组是否满足并网的条件，若判断结果为是，则控制风轮机机组并网，若判断结果为否，则控制风轮机机组保持空转状态。
优选的，所述的并网条件包括风轮机机组中各风轮机的能量达到了并网的目标功率。
优选的，所述的方法还包括建立风速预测模型，用于预测未来风速信息，所述的判断所述的风轮机机组是否满足并网的条件还包括在当前各风轮机的能量达到并网的目标功率之后进一步预测未来N时间段内的风速信息，判断未来N时间段内的风速持续性是否良好，若判断结果为是，则判断风轮机机组符合并网的条件，否则判断风轮机机组不符合并网的条件。
在上述方案中通过预测未来的N时间段内的风速信息可预测到未来的风轮机能量，从而合理的控制风轮机组并网或保持空转。
优选的，步骤S3还包括以下步骤：
S301、判断所述的估测结果是否满足并网的条件，若判断结果为是，则控制风轮机机组并网，进入步骤S305，否则进入步骤S302；
S302、判断是否通过调节风轮机的工作参数可控制风轮机的能量达到所述的目标功率，若判断结果为是，则进入步骤S303，否则进入步骤S304；
S303、调节风轮机的工作参数至风轮机的能量达到所述的目标功率，并控制风轮机机组并网，进入步骤S305；
S304、控制风轮机机组空转，进入步骤S301；
S305、控制结束；
优选的，所述调节风轮机的工作参数包括调节风轮机的转速和/或调节桨距角和/或调节风轮机的朝向。
优选的，所述的方法还包括根据风轮机的历史数据建立风轮机功率预测模型，用于根据当前风速预测风轮机功率，在所述的步骤S302中，所述的判断是否通过调节风轮机工作参数可控制风轮机的能量可达到所述的目标功率包括：将当前风速输入所述的风轮机功率预测模型中，获得该风速下的预测功率，比较该预测功率和所述的目标功率的大小，若所述的预测功率大于所述的目标功率，则判断通过调节风轮机的工作参数可控制风轮机的能量达到所述的目标功率，否则，判断通过调节风轮机的工作参数不能够达到控制风轮机的能量至所述的目标功率。
本发明中通过测量风轮机的转速及空气密度，结合模型可对风轮机发电量进行精确估测。并根据估测结果控制风轮机机组并网或者保持空转状态。
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。
附图说明
附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，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附图。在附图中：
图1是本发明的控制流程图。
需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。
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，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例
参见图1所示，本发明提供一种风轮机能量感知及控制方法，包括以下步骤：
S1、根据实测数据建立风轮机机组中风轮机能量的估测模型；
S2、将当前实测数据和风轮机模型输入所述的估测模型得到估测结果；
S3、根据估测结果控制风轮机机组并网或控制风轮机机组保持空转状态；
其中，所述的实测数据包括风轮机的实测转速和对应所述实测转速同一时点的空气密度。
在上述方案中，通过实测数据建立风轮机中风轮机能量的估测模型，比起通过风信息来估测风轮能量，准确性更高。因为风信息测量不准确，且包括了风速和风向信息变化大。
优选的，在步骤S1中，还包括以下步骤：
S101、采集目标风轮机的历史数据，每一历史数据包括了风轮机的实测转速、风轮机所在地理位置的空气密度以及对应的风轮机能量；
S102、从历史数据中抽取N个历史数据构成N个训练样本；
S103、建立风轮机能量的估测模型，将步骤S102中的N个训练样本带入该风轮机能量的估测模型中进行训练，以确定风轮机能量的估测模型中的各个参数。
优选的，所述的风轮机能量的估测模型的输入数据包括风轮机模型、目标风轮机的实测转速以及对应的空气密度；
优选的，所述的风轮机模型包括风轮机的各项参数；
优选的，所述的各项参数包括风轮机的桨叶参数，风轮机的型号、风轮机的总重，叶片的材料、叶片的总长。
优选的，所述的空气密度通过以下步骤获取：
S1001、给风轮机组设置气压传感器来采集风轮机所在位置的空气气压值；
S1002、给风轮机组设置温度传感器来采集对应步骤S1001中的空气气压值同一时点的空气温度值；
S1003、将步骤S1001中获得的空气气压值和步骤S1002中获得的空气温度值代入气体状态公式得到所述的空气密度。
优选的，在步骤S1中，包括将风轮机机组的各风轮机按照类型分类分为N类风轮机，分别针对各N类风轮机建立N种风轮机能量的估测模型，并分别针对各风轮机能量的估测模型进行模型训练，确定各参数值。
优选的，所述的估测结果为风轮机的能量，在步骤S3中所述的根据估测结果控制风轮机机组并网或控制风轮机机组保持空转状态包括：判断风轮机机组是否满足并网的条件，若判断结果为是，则控制风轮机机组并网，若判断结果为否，则控制风轮机机组保持空转状态。
优选的，所述的并网条件包括风轮机机组中各风轮机的能量达到了并网的目标功率。
优选的，所述的方法还包括建立风速预测模型，用于预测未来风速信息，所述的判断所述的风轮机机组是否满足并网的条件还包括在当前各风轮机的能量达到并网的目标功率之后进一步预测未来N时间段内的风速信息，判断未来N时间段内的风速持续性是否良好，若判断结果为是，则判断风轮机机组符合并网的条件，否则判断风轮机机组不符合并网的条件。
在上述方案中通过预测未来的N时间段内的风速信息可预测到未来的风轮机能量，从而合理的控制风轮机组并网或保持空转。
优选的，步骤S3还包括以下步骤：
S301、判断所述的估测结果是否满足并网的条件，若判断结果为是，则控制风轮机机组并网，进入步骤S305，否则进入步骤S302；
S302、判断是否通过调节风轮机的工作参数可控制风轮机的能量达到所述的目标功率，若判断结果为是，则进入步骤S303，否则进入步骤S304；
S303、调节风轮机的工作参数至风轮机的能量达到所述的目标功率，并控制风轮机机组并网，进入步骤S305；
S304、控制风轮机机组空转，进入步骤S301；
S305、控制结束；
优选的，所述调节风轮机的工作参数包括调节风轮机的转速和/或调节桨距角和/或调节风轮机的朝向。
优选的，所述的方法还包括根据风轮机的历史数据建立风轮机功率预测模型，用于根据当前风速预测风轮机功率，在所述的步骤S302中，所述的判断是否通过调节风轮机工作参数可控制风轮机的能量可达到所述的目标功率包括：将当前风速输入所述的风轮机功率预测模型中，获得该风速下的预测功率，比较该预测功率和所述的目标功率的大小，若所述的预测功率大于所述的目标功率，则判断通过调节风轮机的工作参数可控制风轮机的能量达到所述的目标功率，否则，判断通过调节风轮机的工作参数不能够达到控制风轮机的能量至所述的目标功率。
本发明中通过测量风轮机的转速及空气密度，结合模型可对风轮机发电量进行精确估测。并根据估测结果控制风轮机机组并网或者保持空转状态。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。

Claims (3)

1.一种风轮机能量感知及控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、根据实测数据建立风轮机机组中风轮机能量的估测模型；
S2、将当前实测数据和风轮机模型输入所述的估测模型得到估测结果；
S3、根据估测结果控制风轮机机组并网或控制风轮机机组保持空转状态；
其中，所述的实测数据包括风轮机的实测转速和对应所述实测转速同一时点的空气密度；
所述的估测结果为风轮机的能量，在步骤S3中所述的根据估测结果控制风轮机机组并网或控制风轮机机组保持空转状态包括：判断风轮机机组是否满足并网的条件，若判断结果为是，则控制风轮机机组并网，若判断结果为否，则控制风轮机机组保持空转状态；
所述的并网的条件包括风轮机机组中各风轮机的能量达到了并网的目标功率；
在步骤S1中，还包括以下步骤：
S101、采集目标风轮机的历史数据，每一历史数据包括了风轮机的实测转速、风轮机所在地理位置的空气密度以及对应的风轮机能量；
S102、从历史数据中抽取N个历史数据构成N个训练样本；
S103、建立风轮机能量的估测模型，将步骤S102中的N个训练样本带入该风轮机能量的估测模型中进行训练，以确定风轮机能量的估测模型中的各个参数；
所述的风轮机能量的估测模型的输入数据包括风轮机模型、风轮机的实测转速以及对应的空气密度；
所述的风轮机模型包括风轮机的各项参数；
所述的各项参数包括风轮机的桨叶参数，风轮机的型号、风轮机的总重，叶片的材料、叶片的总长；
步骤S3 还包括以下步骤：
S301、判断所述的估测结果是否满足并网的条件，若判断结果为是，则控制风轮机机组并网，进入步骤 S305，否则进入步骤 S302；
S302、判断是否通过调节风轮机的工作参数可控制风轮机的能量达到所述的目标功率，若判断结果为是，则进入步骤S303，否则进入步骤S304；
S303、调节风轮机的工作参数至风轮机的能量达到所述的目标功率，并控制风轮机机组并网，进入步骤S305；
S304、控制风轮机机组空转，进入步骤S301；
S305、控制结束；所述调节风轮机的工作参数包括调节风轮机的转速和/或调节桨距角和/或调节风轮机的朝向；
所述的估测结果为风轮机的能量，在步骤S3中所述的根据估测结果控制风轮机机组并网或控制风轮机机组保持空转状态包括：判断风轮机机组是否满足并网的条件，若判断结果为是，则控制风轮机机组并网，若判断结果为否，则控制风轮机机组保持空转状态；
还包括建立风速预测模型，用于预测未来风速信息，所述的判断所述的风轮机机组是否满足并网的条件还包括在当前各风轮机的能量达到并网的目标功率之后进一步预测未来N时间段内的风速信息，判断未来 N 时间段内的风速持续性是否良好，若判断结果为是，则判断风轮机机组符合并网的条件，否则判断风轮机机组不符合并网的条件；
还包括根据风轮机的历史数据建立风轮机功率预测模型，用于根据当前风速预测风轮机功率，在所述的步骤S302中，所述的判断是否通过调节风轮机工作参数可控制风轮机的能量可达到所述的目标功率包括：将当前风速输入所述的风轮机功率预测模型中，获得该风速下的预测功率，比较该预测功率和所述的目标功率的大小，若所述的预测功率大于所述的目标功率，则判断通过调节风轮机的工作参数可控制风轮机的能量达到所述的目标功率，否则，判断通过调节风轮机的工作参数不能够达到控制风轮机的能量至所述的目标功率。
2.根据权利要求1所述的一种风轮机能量感知及控制方法，其特征在于，所述的空气密度通过以下步骤获取：
S1001、给风轮机组设置气压传感器来采集风轮机所在位置的空气气压值；
S1002、给风轮机组设置温度传感器来采集对应步骤S1001中的空气气压值同一时点的空气温度值；
S1003、将步骤 S1001中获得的空气气压值和步骤 S1002 中获得的空气温度值代入气体状态公式得到所述的空气密度。
3.根据权利要求1所述的一种风轮机能量感知及控制方法，其特征在于，在步骤S1中，包括将风轮机机组的各风轮机按照类型分类分为N类风轮机，分别针对N类风轮机建立N种风轮机能量的估测模型，并分别针对各风轮机能量的估测模型进行模型训练，确定各参数值。
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