CN107781105A - 风力发电机的变桨控制方法及装置 - Google Patents

风力发电机的变桨控制方法及装置 Download PDF

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CN107781105A CN201610800237.7A CN201610800237A CN107781105A CN 107781105 A CN107781105 A CN 107781105A CN 201610800237 A CN201610800237 A CN 201610800237A CN 107781105 A CN107781105 A CN 107781105A
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Abstract

本发明提供一种风力发电机的变桨控制方法及装置，通过接收并缓存测量的风速，然后从缓存的风速中获取当前时间点之前的第一预设时长内的风速；通过计算得到所述第一预设时长内的风速与阵风特征数据库中每条记录内风速下降过程的风速的相似度；选择满足第一预设条件的相似度所对应的记录，作为相似记录；再将所述相似记录内的数据进行计算，得到桨距角设定值；最后根据所述桨距角设定值调整叶片的桨距角；也即通过实时的风速测量和计算，参考所述阵风特征数据库中的相应数据，提前对风力发电机叶片的桨距角进行调整，无延时无滞后地消除阵风可能给风力发电机带来的各种故障，提升了风力发电机运行的可靠性。

Description

风力发电机的变桨控制方法及装置
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，特别涉及一种风力发电机的变桨控制方法及装置。
背景技术
在目前的风力发电领域中，当阵风到来时，尤其是阵风强度到达一定的程度后，风力发电机将会出现过速故障、振动故障或者超发故障，而由于上述故障所导致的停机，将会不可避免的带来发电量的损失。
为了避免上述阵风所带来的各种故障，现有技术中存在一种技术方案，通过在叶片上安装湍流传感器，根据湍流传感器检测的湍流强度值，动态地调整桨距角，来降低湍流对风力发电机组的影响。但是，该技术方案对桨距角的调整，存在一定的滞后，将会降低对湍流的抑制作用，不能良好的避免故障的发生，导致风力发电机运行的可靠性低。
发明内容
本发明提供一种风力发电机的变桨控制方法及装置，以解决现有技术中调整滞后所导致的可靠性低的问题。
为实现所述目的，本申请提供的技术方案如下：
一种风力发电机的变桨控制方法，包括：
接收并缓存测量的风速；
从缓存的风速中获取当前时间点之前的第一预设时长内的风速；
计算得到所述第一预设时长内的风速与阵风特征数据库中每条记录内风速下降过程的风速的相似度；
选择满足第一预设条件的相似度所对应的记录，作为相似记录；
将所述相似记录内的数据进行计算，得到桨距角设定值；
根据所述桨距角设定值调整叶片的桨距角。
可选的，所述相似度包括：相关系数、方差、分布函数或概率密度。
可选的，所述将所述相似记录内的数据进行计算，得到桨距角设定值，包括：
将所述相似记录内阵风过程的桨距角拟合为桨距角与时间的函数βn(t)；
根据函数f(β1(t)，β2(t)……βn(t))，计算得到桨距角设定值β(t)；
其中，β为桨距角，n为所述相似记录的条数，t为时间，函数f()为线性组合函数；
或者，所述将所述相似记录内的数据进行计算，得到桨距角设定值，包括：
将所述相似记录内阵风过程的风速拟合为风速与时间的函数Vn(t)；
根据函数f(V1(t)，V2(t)……Vn(t))，计算得到预测阵风过程的风速设定值V(t)；
根据所述相似记录内阵风前稳态点的数据或风力发电机的特性函数g(V，β)＝P，将预测阵风过程的风速设定值V(t)映射为桨距角设定值β(t)；
其中，n为所述相似记录的条数，t为时间，g为风速V、桨距角β和功率P之间的关系函数，函数f()为线性组合函数。
可选的，所述根据所述桨距角设定值调整叶片的桨距角，包括：
将所述桨距角设定值与预设的桨距角设定值进行比较，将两者之间的较大值输入至变桨控制器，通过所述变桨控制器输出的桨距角设定值调整叶片的桨距角；
或者，将所述桨距角设定值与所述变桨控制器输出的桨距角设定值进行比较，通过两者之间的较大值调整叶片的桨距角。
可选的，在所述接收并缓存测量的风速步骤之后还包括：
从缓存的风速中获取当前时间点之前的第二预设时长内的风速；
根据所述当前时间点之前的第二预设时长内的风速，计算得到所述当前时间点之前的第二预设时长内的阵风强度(K，A)，其中，K为风速的变化速度，A为阵风的增量；
根据所述当前时间点之前的第二预设时长内的阵风强度(K，A)判断是否出现阵风过程；
若判断出现阵风过程，则在所述阵风特征数据库中将相应数据增加为一条新的记录。
可选的，所述根据所述当前时间点之前的第二预设时长内的阵风强度(K，A)判断是否出现阵风过程，包括：
判断当前时间点之前的第二预设时长内的阵风强度(K，A)是否满足第二预设条件；所述第二预设条件为：当前时间点之前的第二预设时长内的阵风强度(K，A)由K>γ1×K0且A>γ2×A0，变化为K≤γ1×K0或者A≤γ2×A0，其中，K0和A0为风力发电机的响应极限，γ1和γ2为预设的系数；
若当前时间点之前的第二预设时长内的阵风强度(K，A)满足所述第二预设条件，则判断出现阵风过程。
可选的，在所述从缓存的风速中获取当前时间点之前的第一预设时长内的风速之后，还包括：
根据所述第一预设时长内的风速，计算得到所述当前时间点之前的第一预设时长内的阵风强度(K，A)，其中，K为风速的变化速度，A为阵风的增量；
判断所述当前时间点之前的第一预设时长内的阵风强度(K，A)是否满足第三预设条件；所述第三预设条件为K>γ3×K0且A>γ4×A0，其中，K0和A0为风力发电机的响应极限，γ3和γ4为预设的系数；
若所述当前时间点之前的第一预设时长内的阵风强度(K，A)满足所述第三预设条件，执行所述计算所述测量的风速与阵风特征数据库中每条记录内风速下降过程的风速的相似度步骤。
一种风力发电机的变桨控制装置，包括：
接收单元，用于接收并缓存测量的风速；
第一获取单元，用于从缓存的风速中获取当前时间点之前的第一预设时长内的风速；
第一计算单元，用于计算得到所述第一预设时长内的风速与阵风特征数据库中每条记录内风速下降过程的风速的相似度；
选择单元，用于选择满足第一预设条件的相似度所对应的记录，作为相似记录；
第二计算单元，用于将所述相似记录内的数据进行计算，得到桨距角设定值；
控制单元，用于根据所述桨距角设定值调整叶片的桨距角。
可选的，所述第二计算单元包括：
第一计算模块，用于将所述相似记录内阵风过程的桨距角拟合为桨距角与时间的函数βn(t)；
第二计算模块，用于根据函数f(β1(t)，β2(t)……βn(t))，计算得到桨距角设定值β(t)；
其中，β为桨距角，n为所述相似记录的条数，t为时间，函数f()为线性组合函数；
或者，所述第二计算单元包括：
第三计算模块，用于将所述相似记录内阵风过程的风速拟合为风速与时间的函数Vn(t)；
第四计算模块，用于根据函数f(V1(t)，V2(t)……Vn(t))，计算得到预测阵风过程的风速设定值V(t)；
第五计算模块，用于根据风力发电机的特性函数g(V，β)＝P或者所述相似记录内阵风前稳态点的数据，将预测阵风过程的风速设定值V(t)映射为桨距角设定值β(t)；
其中，n为所述相似记录的条数，t为时间，g为风速V、桨距角β和功率P之间的关系函数，函数f()为线性组合函数。
可选的，所述控制单元包括：
第一控制模块，用于将所述桨距角设定值与预设的桨距角设定值进行比较，将两者之间的较大值输入至变桨控制器，通过所述变桨控制器输出的桨距角设定值调整叶片的桨距角；
或者，第二控制模块，用于将所述桨距角设定值与所述变桨控制器输出的桨距角设定值进行比较，通过两者之间的较大值调整叶片的桨距角。
可选的，还包括：
第二获取单元，与所述接收单元连接，所述第二获取单元用于从缓存的风速中获取当前时间点之前的第二预设时长内的风速；
第三计算单元，用于根据所述当前时间点之前的第二预设时长内的风速，计算得到所述当前时间点之前的第二预设时长内的阵风强度(K，A)，其中，K为风速的变化速度，A为阵风的增量；
第一判断单元，用于根据所述当前时间点之前的第二预设时长内的阵风强度(K，A)判断是否出现阵风过程；
记录单元，用于若判断出现阵风过程，则在所述阵风特征数据库中将相应数据增加为一条新的记录。
可选的，所述第一判断单元包括：
第一判断模块，用于判断当前时间点之前的第二预设时长内的阵风强度(K，A)是否满足第二预设条件；所述第二预设条件为：当前时间点之前的第二预设时长内的阵风强度(K，A)由K>γ1×K0且A>γ2×A0，变化为K≤γ1×K0或者A≤γ2×A0，其中，K0和A0为风力发电机的响应极限，γ1和γ2为预设的系数；
第二判断模块，用于若当前时间点之前的第二预设时长内的阵风强度(K，A)满足所述第二预设条件，则判断出现阵风过程。
可选的，还包括：
第四计算单元，与所述第一获取单元连接，所述第四计算单元用于根据所述第一预设时长内的风速，计算得到所述当前时间点之前的第一预设时长内的阵风强度(K，A)，其中，K为风速的变化速度，A为阵风的增量；
第二判断单元，用于判断所述当前时间点之前的第一预设时长内的阵风强度(K，A)是否满足第三预设条件；所述第三预设条件为K>γ3×K0且A>γ4×A0，其中，K0和A0为风力发电机的响应极限，γ3和γ4为预设的系数；
若所述当前时间点之前的第一预设时长内的阵风强度(K，A)满足所述第三预设条件，所述第一计算单元开始工作。
本发明提供的风力发电机的变桨控制方法及装置，通过接收并缓存测量的风速，然后从缓存的风速中获取当前时间点之前的第一预设时长内的风速；通过计算得到所述第一预设时长内的风速与阵风特征数据库中每条记录内风速下降过程的风速的相似度；选择满足第一预设条件的相似度所对应的记录，作为相似记录；再将所述相似记录内的数据进行计算，得到桨距角设定值；最后根据所述桨距角设定值调整叶片的桨距角；也即通过实时的风速测量和计算，参考所述阵风特征数据库中的相应数据，提前对风力发电机叶片的桨距角进行调整，无延时无滞后地消除阵风可能给风力发电机带来的各种故障，提升了风力发电机运行的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术内的技术方案，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，下面描述内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是本发明实施例提供的风力发电机的变桨控制方法的流程图；
图2是本发明另一实施例提供的风力发电机的风速信号波形图；
图3是本发明另一实施例提供的风力发电机的变桨控制方法的另一流程图；
图4是本发明另一实施例提供的风力发电机的变桨控制方法的另一流程图；
图5是本发明另一实施例提供的风力发电机的变桨控制装置的结构示意图；
图6是本发明另一实施例提供的风力发电机的变桨控制装置的另一结构示意图；
图7是本发明另一实施例提供的风力发电机的变桨控制装置的另一结构示意图；
图8是本发明另一实施例提供的风力发电机的变桨控制装置的另一结构示意图；
图9是本发明另一实施例提供的风力发电机的变桨控制装置的另一结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
本发明提供一种风力发电机的变桨控制方法，以解决现有技术中调整滞后所导致的可靠性低的问题。
具体的，所述风力发电机的变桨控制方法，如图1所示，包括：
S101、接收并缓存测量的风速；
在具体的实际应用中，可以直接接收风力发电机上原有的风传感器数据，或者，也可以接收新增的风传感器数据；将接收的风速数据进行缓存，以供后续计算使用。
S102、从缓存的风速中获取当前时间点之前的第一预设时长内的风速；
根据具体的实际需要，从缓存的风速中获取当前时间点之前的第一预设时长内的风速数据，进行后续计算。
S103、计算得到所述第一预设时长内的风速与阵风特征数据库中每条记录内风速下降过程的风速的相似度；
经过发明人仔细研究发现，阵风一般都会先经历风速下降过程(也即出现时先下降)，再经历阵风过程(即快速上升过程)的特性。用当前时间点之前的第一预设时长内的风速(假设为当前的风速下降过程数据)与阵风特征数据库中每条记录内风速下降过程的风速进行相似度的计算，也即将当前的风速数据与历史数据进行比较，以期获得相似的历史数据进行桨距角的调整参考。
S104、选择满足第一预设条件的相似度所对应的记录，作为相似记录；
相似度满足第一预设条件，说明对应的记录内风速下降过程的风速与当前的风速数据接近，即为具有参考价值的历史数据。该第一预设条件可以根据实际需要而设置。比如：相关系数大于ρ，或者，相关系数最大，此处不做具体限定。
S105、将所述相似记录内的数据进行计算，得到桨距角设定值；
在具体的应用中，每条记录内的数据包括：阵风过程结束的时间，风速下降过程中各时间点的风速，阵风过程中各时间点的风速、桨距角和功率，阵风前稳态点的风速、桨距角和功率，阵风最大风速点的风速、桨距角和功率，及，所述阵风最大风速点与所述阵风前稳态点或者阵风最小风速点的时间差。
具体的，可以用阵风强度(K，A)来对阵风数据进行标识，K为风速的变化速度，单位为米/秒^2，A为阵风的增量，单位为米。在任意时间段内，当风的变化速度和幅值(增量)超过风机的响应极限时，即K>K0，A>A0，风力发电机就会出现载荷增加、过速、振动或者超发故障；K0和A0为风力发电机的响应极限，由实际的风力发电机特性决定。
参见图2，在风速的时域曲线上，任意取两点(比如E和F)画一条直线，直线的斜率即为K，这两点风速的增量为A(时间大的点对应的风速减去时间小的点对应的风速)。H点到G点即为风速下降过程，H点为阵风前稳态点，E点到F点即为阵风过程，F点为阵风最大风速点，G点为最小风速点。
根据上述记录内的数据，可以计算得到历史数据中具有参考意义(比如能够发挥风力发电机的最优特性，或者恢复到风力发电机阵风前稳态点的状态)的桨距角，即桨距角设定值。
S106、根据所述桨距角设定值调整叶片的桨距角。
现有技术中，当叶片上的传感器检测到强阵风或者湍流后，再去调整桨距角，期间的延时滞后将降低会对湍流的抑制作用，因此，不能良好的避免故障的发生，导致风力发电机运行的可靠性低
而发明人经过研究发现，由于湍流强度和阵风的特性与季节和地形密切相关，所以一旦风力发电机安装完毕之后，它在生命周期内经历的风将会存在共同的特性，风力发电机安装的地点就决定了风机将来的风速特征。因此，本实施例所述的风力发电机的变桨控制方法，通过上述步骤，使风力发电机具备自动学习的能力，在运行过程中，当阵风即将到来时，根据阵风前的风速数据与历史数据进行对比，参考相似记录，预测本次阵风即将到来的时刻和风速的增幅，提前对风力发电机叶片的桨距角进行调整，使风力发电机提前做好准备，以便在阵风到来时，能够顺利地通过阵风，避免过速、振动、超发和载荷超标出现，无延时无滞后地消除阵风可能给风力发电机带来的各种故障，提升了风力发电机运行的可靠性。
另外，在现有技术中还存在一种风力发电机湍流抑制方法，通过增加8个与风力发电机相同高度的测风塔和风速传感器，以及通信设备和连接电缆，来避免过速等故障；但是该方案增加了较多的器件，造成了系统结构复杂，成本高的问题。
现有技术中另外一种在不同湍流地形下风力发电机组稳定运行的控制方法，在安装风力发电机时，通过气象数据统计出风力发电机各个方向上的湍流大小，然后设置各个风向上的降功率系数(0～1之间)；当风力发电机在不同风向运行时，根据降功率系数自动改变风力发电机的额定功率(降功率运行)，以达到降低载荷的目标。但是该方案无论湍流或者阵风是否出现，风力发电机都会降功率运行，严重影响了其发电量。
而本实施例所述的风力发电机的变桨控制方法，通过上述分析可以得知，不仅无需降功率运行，也无需增设过多的设备，避免了现有技术中结构复杂、成本高且影响发电量的问题。
可选的，本发明另一具体的实施例中，S103，可以具体包括：
计算得到所述第一预设时长内的风速与所述阵风特征数据库中每条记录内风速下降过程的风速之间的相关系数；
或者，计算得到所述第一预设时长内的风速与所述阵风特征数据库中每条记录内风速下降过程的风速之间的方差；
或者，计算得到所述第一预设时长内的风速与所述阵风特征数据库中每条记录内风速下降过程的风速之间的分布函数；
或者，计算得到所述第一预设时长内的风速与所述阵风特征数据库中每条记录内风速下降过程的风速之间的概率密度。
具体的实际应用中，获取相似记录的实现形式并不限定于计算上述两者之间的相关系数、方差、分布函数或者概率密度，能够体现两者之间的相似度的实现形式均在本申请的保护范围内，可以根据具体的应用环境进行选用，此处不再一一赘述。
可选的，S104，可以具体包括：
选择相关系数大于ρ(按照经验，ρ取0.85)的所有记录，作为相似记录；
或者，选择相关系数最大的n0(按照经验，n0取5)条记录，作为相似记录；
上述两种实现形式均可，此处不做具体限定；ρ和n0的取值也不一定限定于上述实现形式，可以根据具体应用环境而定，均在本申请的保护范围内。
可选的，S105，可以具体包括：
将所述相似记录内阵风过程的桨距角拟合为桨距角与时间的函数βn(t)；
根据函数f(β1(t)，β2(t)……βn(t))，计算得到桨距角设定值β(t)；
其中，β为桨距角，n为所述相似记录的条数，t为时间，函数f()为线性组合函数；
或者，S105，可以具体包括：
将所述相似记录内阵风过程的风速拟合为风速与时间的函数Vn(t)；
根据函数f(V1(t)，V2(t)……Vn(t))，计算得到预测阵风过程的风速设定值V(t)；
根据所述相似记录内阵风前稳态点的数据，或，风力发电机的特性函数g(V，β)＝P，将预测阵风过程的风速设定值V(t)映射为桨距角设定值β(t)；
其中，n为所述相似记录的条数，t为时间，g为风速V、桨距角β和功率P之间的关系函数，函数f()为线性组合函数。
根据桨距角与时间的直接关系，可以直接计算得到桨距角设定值β(t)；或者，先根据风速与时间之间的关系，计算得到预测阵风过程的风速设定值V(t)，然后再根据风速与桨距角之间的关系，间接得到桨距角设定值β(t)。两种方式均可，此处不做具体限定。
在具体的实际应用中，函数f()可以为任意的线性组合函数，比如平均值函数，此处不做具体限定。
可选的，S106，可以具体包括：
将所述桨距角设定值与预设的桨距角设定值进行比较，将两者之间的较大值输入至变桨控制器，通过所述变桨控制器输出的桨距角设定值调整叶片的桨距角；
或者，将所述桨距角设定值与所述变桨控制器输出的桨距角设定值进行比较，通过两者之间的较大值调整叶片的桨距角。
变桨控制器的输入端接收预设的桨距角设定值、转速设定值和转速反馈值，然后根据上述三者计算得到用于调整叶片的桨距角的桨距角设定值。所以，在变桨控制器的输入端或者输出端进行与所述桨距角设定值的比较，均为可行方案。
为了保证叶片桨距角被有效的调整，在变桨控制器的输入端将桨距角设定值与预设的桨距角设定值取较大值进行计算，或者在变桨控制器的输出端将桨距角设定值与原输出值取较大值进行桨距角的调整均可，可以视其具体应用环境而定，均在本申请的保护范围内。
本发明另一具体的实施例中，提供了一种风力发电机的变桨控制方法，如图3所示，包括：
S301、接收并缓存测量的风速；
S302、从缓存的风速中获取当前时间点之前的第一预设时长内的风速；
S303、计算得到所述第一预设时长内的风速与阵风特征数据库中每条记录内风速下降过程的风速的相似度；
S304、选择满足第一预设条件的相似度所对应的记录，作为相似记录；
S305、将所述相似记录内的数据进行计算，得到桨距角设定值；
S306、根据所述桨距角设定值调整叶片的桨距角。
与图1所示实施例之间的差别在于，本实施例还包括以下步骤：
S307、从缓存的风速中获取当前时间点之前的第二预设时长内的风速；
S308、根据所述当前时间点之前的第二预设时长内的风速，计算得到所述当前时间点之前的第二预设时长内的阵风强度(K，A)，其中，K为风速的变化速度，A为阵风的增量；
S309、根据所述当前时间点之前的第二预设时长内的阵风强度(K，A)判断是否出现阵风过程；
若判断出现阵风过程，则执行S310，具体为：在所述阵风特征数据库中将相应数据增加为一条新的记录。
需要说明的是，实际应用中，S307至S310只要在S301之后执行即可，其与S302至S306之间的执行顺序此处不做具体限定，图3仅为一种示例，并不一定限定于此，可以视其应用环境而定，均在本申请的保护范围内。
可选的，S309包括：
判断当前时间点之前的第二预设时长内的阵风强度(K，A)是否满足第二预设条件；所述第二预设条件为：当前时间点之前的第二预设时长内的阵风强度(K，A)由K>γ1×K0且A>γ2×A0，变化为K≤γ1×K0或者A≤γ2×A0，其中，K0和A0为风力发电机的响应极限，γ1和γ2为预设的系数；
若当前时间点之前的第二预设时长内的阵风强度(K，A)满足：K>γ1×K0且A>γ2×A0，则说明此时正处于阵风过程中；若当前时间点之前的第二预设时长内的阵风强度(K，A)满足：K≤γ1×K0或者A≤γ2×A0，则说明此时阵风过程已结束。
若当前时间点之前的第二预设时长内的阵风强度(K，A)满足所述第二预设条件，则判断出现阵风过程。
当前时间点之前的第二预设时长按照经验可以取5秒，此处不做具体限定，仅为一种示例。
在具体的实际应用中，可以通过上述步骤自动记录风力发电机自身经历的阵风和阵风到来之前的稳定状态。其具体的实现形式可以为：
将当前时间点作为F点，将F点之前一段时间(当前时间点之前的第二预设时长)内的所有点都当作E点，分别计算阵风强度(K，A)，如果出现一次K>γ1×K0，并且A>γ2×A0时(按照经验，γ1取0.8，γ2取0.9)，认为阵风过程到来，阵风标志位置1，否则阵风标志位置0；如果阵风标志位由1变为0，则在阵风特征数据库中增加一条记录，记录如下数据：当前时间，风速下降过程的所有风速，阵风过程的所有风速(V)、桨距角(β)和功率(P)，阵风前稳态点和阵风最大风速点的风速、桨距角和功率，以及阵风最大风速点与阵风前稳态点或最小风速点的时间差。
或者，找出当前时间点之前一段时间(当前时间点之前的第二预设时长)内的最大风速点和最小风速点，从这两点中选取靠近当前时间的点当作F点，另一个点最为E点，计算阵风强度(K，A)，如果K>γ1×K0，并且A>γ2×A0时，认为阵风过程到来，阵风标志位置1，否则阵风标志位置0；如果阵风标志位由1变为0，则在阵风特征数据库中增加一条记录，记录如下数据：当前时间，风速下降过程的所有风速，阵风过程的所有风速(V)、桨距角(β)和功率(P)，阵风前稳态点和阵风最大风速点的风速、桨距角和功率，以及阵风最大风速点与阵风前稳态点或最小风速点的时间差。
当阵风特征数据库的记录数量超过最大数量时，还可以自动删除时间最久的一条记录。
本发明另一具体的实施例中，提供了一种风力发电机的变桨控制方法，如图4所示，包括：
S401、接收并缓存测量的风速；
S402、从缓存的风速中获取当前时间点之前的第一预设时长内的风速；
S403、根据所述第一预设时长内的风速，计算得到所述当前时间点之前的第一预设时长内的阵风强度(K，A)，其中，K为风速的变化速度，A为阵风的增量；
S404、判断所述当前时间点之前的第一预设时长内的阵风强度(K，A)是否满足第三预设条件；所述第三预设条件为K>γ3×K0且A>γ4×A0，其中，K0和A0为风力发电机的响应极限，γ3和γ4为预设的系数；
若所述当前时间点之前的第一预设时长内的阵风强度(K，A)满足所述第三预设条件，执行S405，具体为：计算得到所述第一预设时长内的风速与阵风特征数据库中每条记录内风速下降过程的风速的相似度；
S406、选择满足第一预设条件的相似度所对应的记录，作为相似记录；
S407、将所述相似记录内的数据进行计算，得到桨距角设定值；
S408、根据所述桨距角设定值调整叶片的桨距角。
在具体的实际应用中，当前时间点之前的第一预设时长按照经验可以取5秒，此处不做具体限定，仅为一种示例。参照图2，S403的具体计算过程为：将当前时间点作为F点，将F点之前一段时间(当前时间点之前的第一预设时长)内的所有点都当作E点，分别计算阵风强度参数(K，A)，如果出现一次K>γ3×K0，并且A>γ4×A0时(按照经验，γ3取0.6，γ4取0.5)，认为阵风过程将要到来，阵风预测标志位置1，否则阵风预测标志位置0。
当阵风预测标志位置由0变为1之后，可以初步判断将会有阵风过程到来，此时再执行S405，可以避免S405的盲目执行，减少不必要的计算次数。
可选的，S406，可以具体包括：
选择相关系数大于ρ(按照经验，ρ取0.85)的所有记录，作为相似记录；
或者，选择相关系数最大的n0(按照经验，n0取5)条记录，作为相似记录；
上述两种实现形式均可，此处不做具体限定；ρ和n0的取值也不一定限定于上述实现形式，可以根据具体应用环境而定，均在本申请的保护范围内。
本发明另一实施例还提供了一种风力发电机的变桨控制装置，如图5所示，包括：接收单元101、第一获取单元102、第一计算单元103、选择单元104、第二计算单元105及控制单元106；其中：
接收单元101用于接收并缓存测量的风速；
第一获取单元102用于从缓存的风速中获取当前时间点之前的第一预设时长内的风速；
第一计算单元103用于计算得到所述第一预设时长内的风速与阵风特征数据库中每条记录内风速下降过程的风速的相似度；
选择单元104用于选择满足第一预设条件的相似度所对应的记录，作为相似记录；
第二计算单元105用于将所述相似记录内的数据进行计算，得到桨距角设定值；
控制单元106用于根据所述桨距角设定值调整叶片的桨距角。
本实施例所述的风力发电机的变桨控制装置，通过上述原理，使风力发电机具备自动学习的能力，在运行过程中，当阵风即将到来时，根据阵风前的风速数据与历史数据进行对比，参考相似记录，预测本次阵风即将到来的时刻和风速的增幅，提前对风力发电机叶片的桨距角进行调整，使风力发电机提前做好准备，以便在阵风到来时，能够顺利地通过阵风，避免过速、振动、超发和载荷超标出现，无延时无滞后地消除阵风可能给风力发电机带来的各种故障，提升了风力发电机运行的可靠性。
可选的，第一计算单元103用于计算得到所述第一预设时长内的风速与阵风特征数据库中每条记录内风速下降过程的风速的相似度时，具体用于：
计算得到所述第一预设时长内的风速与所述阵风特征数据库中每条记录内风速下降过程的风速之间的相关系数、方差、分布函数或者概率密度；
可选的，如图6所示，第二计算单元105包括：
第一计算模块151，用于将所述相似记录内阵风过程的桨距角拟合为桨距角与时间的函数βn(t)；
第二计算模块152，用于根据函数f(β1(t)，β2(t)……βn(t))，计算得到桨距角设定值β(t)；
其中，β为桨距角，n为所述相似记录的条数，t为时间，函数f()为线性组合函数；
或者，如图7所示，第二计算单元105包括：
第三计算模块153，用于将所述相似记录内阵风过程的风速拟合为风速与时间的函数Vn(t)；
第四计算模块154，用于根据函数f(V1(t)，V2(t)……Vn(t))，计算得到预测阵风过程的风速设定值V(t)；
第五计算模块155，用于根据风力发电机的特性函数g(V，β)＝P或者所述相似记录内阵风前稳态点的数据，将预测阵风过程的风速设定值V(t)映射为桨距角设定值β(t)；
其中，n为所述相似记录的条数，t为时间，g为风速V、桨距角β和功率P之间的关系函数，函数f()为线性组合函数。
可选的，控制单元106包括：
第一控制模块(图中未示出)，用于将所述桨距角设定值与预设的桨距角设定值进行比较，将两者之间的较大值输入至变桨控制器，通过所述变桨控制器输出的桨距角设定值调整叶片的桨距角；
或者，第二控制模块(图中未示出)，用于将所述桨距角设定值与所述变桨控制器输出的桨距角设定值进行比较，通过两者之间的较大值调整叶片的桨距角。
可选的，如图8所示，所述风力发电机的变桨控制装置还包括：
第二获取单元801，与接收单元101连接，第二获取单元801用于从缓存的风速中获取当前时间点之前的第二预设时长内的风速；
第三计算单元802，用于根据所述当前时间点之前的第二预设时长内的风速，计算得到所述当前时间点之前的第二预设时长内的阵风强度(K，A)，其中，K为风速的变化速度，A为阵风的增量；
第一判断单元803，用于根据所述当前时间点之前的第二预设时长内的阵风强度(K，A)判断是否出现阵风过程；
记录单元804，用于若判断出现阵风过程，则在所述阵风特征数据库中将相应数据增加为一条新的记录。
可选的，如图8所示，第一判断单元803包括：
第一判断模块831，用于判断当前时间点之前的第二预设时长内的阵风强度(K，A)是否满足第二预设条件；所述第二预设条件为：当前时间点之前的第二预设时长内的阵风强度(K，A)由K>γ1×K0且A>γ2×A0，变化为K≤γ1×K0或者A≤γ2×A0，其中，K0和A0为风力发电机的响应极限，γ1和γ2为预设的系数；
第二判断模块832，用于若当前时间点之前的第二预设时长内的阵风强度(K，A)满足所述第二预设条件，则判断出现阵风过程。
可选的，如图9所示，所述风力发电机的变桨控制装置还包括：
第四计算单元901，与第一获取单元102连接，第四计算单元901用于根据所述第一预设时长内的风速，计算得到所述当前时间点之前的第一预设时长内的阵风强度(K，A)，其中，K为风速的变化速度，A为阵风的增量；
第二判断单元902，用于判断所述当前时间点之前的第一预设时长内的阵风强度(K，A)是否满足第三预设条件；所述第三预设条件为K>γ3×K0且A>γ4×A0，其中，K0和A0为风力发电机的响应极限，γ3和γ4为预设的系数；
若所述当前时间点之前的第一预设时长内的阵风强度(K，A)满足所述第三预设条件，所述第一计算单元103开始工作。
具体的工作原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。
本发明中各个实施例采用递进的方式描述，各个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
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。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，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做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (13)

1.一种风力发电机的变桨控制方法，其特征在于，包括：
接收并缓存测量的风速；
从缓存的风速中获取当前时间点之前的第一预设时长内的风速；
计算得到所述第一预设时长内的风速与阵风特征数据库中每条记录内风速下降过程的风速的相似度；
选择满足第一预设条件的相似度所对应的记录，作为相似记录；
将所述相似记录内的数据进行计算，得到桨距角设定值；
根据所述桨距角设定值调整叶片的桨距角。
2.根据权利要求1所述的风力发电机的变桨控制方法，其特征在于，所述相似度包括：相关系数、方差、分布函数或概率密度。
3.根据权利要求1所述的风力发电机的变桨控制方法，其特征在于，所述将所述相似记录内的数据进行计算，得到桨距角设定值，包括：
将所述相似记录内阵风过程的桨距角拟合为桨距角与时间的函数βn(t)；
根据函数f(β1(t)，β2(t)……βn(t))，计算得到桨距角设定值β(t)；
其中，β为桨距角，n为所述相似记录的条数，t为时间，函数f()为线性组合函数；
或者，所述将所述相似记录内的数据进行计算，得到桨距角设定值，包括：
将所述相似记录内阵风过程的风速拟合为风速与时间的函数Vn(t)；
根据函数f(V1(t)，V2(t)……Vn(t))，计算得到预测阵风过程的风速设定值V(t)；
根据所述相似记录内阵风前稳态点的数据或风力发电机的特性函数g(V，β)＝P，将预测阵风过程的风速设定值V(t)映射为桨距角设定值β(t)；
其中，n为所述相似记录的条数，t为时间，g为风速V、桨距角β和功率P之间的关系函数，函数f()为线性组合函数。
4.根据权利要求1至3任一所述的风力发电机的变桨控制方法，其特征在于，所述根据所述桨距角设定值调整叶片的桨距角，包括：
将所述桨距角设定值与预设的桨距角设定值进行比较，将两者之间的较大值输入至变桨控制器，通过所述变桨控制器输出的桨距角设定值调整叶片的桨距角；
或者，将所述桨距角设定值与所述变桨控制器输出的桨距角设定值进行比较，通过两者之间的较大值调整叶片的桨距角。
5.根据权利要求1至3任一所述的风力发电机的变桨控制方法，其特征在于，在所述接收并缓存测量的风速步骤之后还包括：
从缓存的风速中获取当前时间点之前的第二预设时长内的风速；
根据所述当前时间点之前的第二预设时长内的风速，计算得到所述当前时间点之前的第二预设时长内的阵风强度(K，A)，其中，K为风速的变化速度，A为阵风的增量；
根据所述当前时间点之前的第二预设时长内的阵风强度(K，A)判断是否出现阵风过程；
若判断出现阵风过程，则在所述阵风特征数据库中将相应数据增加为一条新的记录。
6.根据权利要求5所述的风力发电机的变桨控制方法，其特征在于，所述根据所述当前时间点之前的第二预设时长内的阵风强度(K，A)判断是否出现阵风过程，包括：
判断当前时间点之前的第二预设时长内的阵风强度(K，A)是否满足第二预设条件；所述第二预设条件为：当前时间点之前的第二预设时长内的阵风强度(K，A)由K>γ1×K0且A>γ2×A0，变化为K≤γ1×K0或者A≤γ2×A0，其中，K0和A0为风力发电机的响应极限，γ1和γ2为预设的系数；
若当前时间点之前的第二预设时长内的阵风强度(K，A)满足所述第二预设条件，则判断出现阵风过程。
7.根据权利要求1至3任一所述的风力发电机的变桨控制方法，其特征在于，在所述从缓存的风速中获取当前时间点之前的第一预设时长内的风速之后，还包括：
根据所述第一预设时长内的风速，计算得到所述当前时间点之前的第一预设时长内的阵风强度(K，A)，其中，K为风速的变化速度，A为阵风的增量；
判断所述当前时间点之前的第一预设时长内的阵风强度(K，A)是否满足第三预设条件；所述第三预设条件为K>γ3×K0且A>γ4×A0，其中，K0和A0为风力发电机的响应极限，γ3和γ4为预设的系数；
若所述当前时间点之前的第一预设时长内的阵风强度(K，A)满足所述第三预设条件，执行所述计算所述测量的风速与阵风特征数据库中每条记录内风速下降过程的风速的相似度步骤。
8.一种风力发电机的变桨控制装置，其特征在于，包括：
接收单元，用于接收并缓存测量的风速；
第一获取单元，用于从缓存的风速中获取当前时间点之前的第一预设时长内的风速；
第一计算单元，用于计算得到所述第一预设时长内的风速与阵风特征数据库中每条记录内风速下降过程的风速的相似度；
选择单元，用于选择满足第一预设条件的相似度所对应的记录，作为相似记录；
第二计算单元，用于将所述相似记录内的数据进行计算，得到桨距角设定值；
控制单元，用于根据所述桨距角设定值调整叶片的桨距角。
9.根据权利要求8所述的风力发电机的变桨控制装置，其特征在于，所述第二计算单元包括：
第一计算模块，用于将所述相似记录内阵风过程的桨距角拟合为桨距角与时间的函数βn(t)；
第二计算模块，用于根据函数f(β1(t)，β2(t)……βn(t))，计算得到桨距角设定值β(t)；
其中，β为桨距角，n为所述相似记录的条数，t为时间，函数f()为线性组合函数；
或者，所述第二计算单元包括：
第三计算模块，用于将所述相似记录内阵风过程的风速拟合为风速与时间的函数Vn(t)；
第四计算模块，用于根据函数f(V1(t)，V2(t)……Vn(t))，计算得到预测阵风过程的风速设定值V(t)；
第五计算模块，用于根据风力发电机的特性函数g(V，β)＝P或者所述相似记录内阵风前稳态点的数据，将预测阵风过程的风速设定值V(t)映射为桨距角设定值β(t)；
其中，n为所述相似记录的条数，t为时间，g为风速V、桨距角β和功率P之间的关系函数，函数f()为线性组合函数。
10.根据权利要求8或9所述的风力发电机的变桨控制装置，其特征在于，所述控制单元包括：
第一控制模块，用于将所述桨距角设定值与预设的桨距角设定值进行比较，将两者之间的较大值输入至变桨控制器，通过所述变桨控制器输出的桨距角设定值调整叶片的桨距角；
或者，第二控制模块，用于将所述桨距角设定值与所述变桨控制器输出的桨距角设定值进行比较，通过两者之间的较大值调整叶片的桨距角。
11.根据权利要求8或9所述的风力发电机的变桨控制装置，其特征在于，还包括：
第二获取单元，与所述接收单元连接，所述第二获取单元用于从缓存的风速中获取当前时间点之前的第二预设时长内的风速；
第三计算单元，用于根据所述当前时间点之前的第二预设时长内的风速，计算得到所述当前时间点之前的第二预设时长内的阵风强度(K，A)，其中，K为风速的变化速度，A为阵风的增量；
第一判断单元，用于根据所述当前时间点之前的第二预设时长内的阵风强度(K，A)判断是否出现阵风过程；
记录单元，用于若判断出现阵风过程，则在所述阵风特征数据库中将相应数据增加为一条新的记录。
12.根据权利要求11所述的风力发电机的变桨控制装置，其特征在于，所述第一判断单元包括：
第一判断模块，用于判断当前时间点之前的第二预设时长内的阵风强度(K，A)是否满足第二预设条件；所述第二预设条件为：当前时间点之前的第二预设时长内的阵风强度(K，A)由K>γ1×K0且A>γ2×A0，变化为K≤γ1×K0或者A≤γ2×A0，其中，K0和A0为风力发电机的响应极限，γ1和γ2为预设的系数；
第二判断模块，用于若当前时间点之前的第二预设时长内的阵风强度(K，A)满足所述第二预设条件，则判断出现阵风过程。
13.根据权利要求8或9所述的风力发电机的变桨控制装置，其特征在于，还包括：
第四计算单元，与所述第一获取单元连接，所述第四计算单元用于根据所述第一预设时长内的风速，计算得到所述当前时间点之前的第一预设时长内的阵风强度(K，A)，其中，K为风速的变化速度，A为阵风的增量；
第二判断单元，用于判断所述当前时间点之前的第一预设时长内的阵风强度(K，A)是否满足第三预设条件；所述第三预设条件为K>γ3×K0且A>γ4×A0，其中，K0和A0为风力发电机的响应极限，γ3和γ4为预设的系数；
若所述当前时间点之前的第一预设时长内的阵风强度(K，A)满足所述第三预设条件，所述第一计算单元开始工作。
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