CN107795433A - 风力发电机偏航控制方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种风力发电机偏航控制方法、装置及系统，其中，方法包括：获取机舱和当前风向的风向偏差角度值Δα；当所述风向偏差角度值Δα大于或等于偏航启动角度预设阈值β时，控制风力发电机组的机舱偏航C角度，以使所述机舱迎风运行；其中C的取值为Δα+kβ，k的取值范围为0.4～0.6。当检测到风向偏差角度值大于或等于偏航启动角度预设阈值时，控制机舱偏航，偏航的角度为风向偏差角度值加上0.4‑0.6倍的偏航启动角度预设阈值，这样可以保证风向角度再变化时，不必频繁地控制机舱进行偏航，大大降低了启动机舱偏航的次数，这样有助于保护偏航齿轮、偏航电机及偏航继电器的安全，从而提高整个风力发电机组的寿命。

Description

风力发电机偏航控制方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种风力发电机偏航控制方法、装置及系统。

背景技术

能源是社会经济和人类生活的主要物质基础，是社会发展的动力。然而，作为世界能源主要支柱的石油、煤炭、天然气等不可再生的能源的储量日趋减少，因此风力发电已经越来越被重视。

在风力发电中，偏航控制是水平轴式风力发电机组必不可少的组成部分之一。偏航系统的主要作用是使风力发电机组的风轮始终处于迎风状态，充分利用风能，提高风力发电机组的发电效率。

然而，在风速较小时，风向变化会比较频繁。由于风力发电机组的风轮需要处于迎风状态，因此，风向的频繁变化，会使得风力发电机组频繁启动偏航控制。但是，风力发电机组偏航控制太过频繁，会导致以下三方面的影响：

第一，导致偏航齿轮磨损较多，降低偏航齿轮的使用寿命；

第二，由于偏航启动、停止瞬间，偏航电机的突然转动、或突然停止，会导致机组振动，偏航过于频繁，会使风力发电机频繁长时间处于振动环境下，导致机组载荷增大，影响机组使用寿命。

第三，偏航继电器的使用寿命是按动作次数来计算的，例如10万次，或100万次；偏航过于频繁，会增大偏航继电器的动作次数，降低偏航继电器的使用寿命，增加机组运维成本；

第四，再者，目前风力发电机一般没有偏航继电器动作次数的统计；偏航继电器达到甚至超过使用次数后，会引起偏航继电器动作异常，导致风力发电机在偏航时，偏航刹车阀不能正常打开，引起风力发电机更大的振动。

然而，随着风力发电机组规模的逐渐扩大，风力发电机组的运行的发电性能，即提高风力发电机的发电量和可利用率，同样受到了越来越多的重视。如何充分利用风能，获取最大能源和经济效益，也是风力发电机组主控系统必须面临的问题。所以，为保证最大风能利用率和最大发电量，又要使风力发电机组始终保持偏航对风。

目前，避免风力发电机频繁偏航的方法一般是增大偏航启动角度。这样做在一定程度上可以避免风力发电机频繁偏航，但不能应对风向变化范围较大的情况，而且偏航启动角度设置得过大，会导致风力发电机因为风向偏差大而降低发电量。

发明内容

为了解决现有技术中存在的以上技术问题，本发明提供一种风力发电机偏航控制方法、装置及系统，能够大大降低风机偏航的次数，从而保护偏航器件不受磨损，提高其使用寿命。

本发明实施例提供一种风力发电机偏航控制方法，包括：

获取机舱和当前风向的风向偏差角度值Δα；

当所述风向偏差角度值Δα大于或等于偏航启动角度预设阈值β时，控制风力发电机组的机舱偏航C角度，以使所述机舱迎风运行；其中C的取值为Δα+kβ，k的取值范围为0.4～0.6。

优选地，在所述控制风力发电机组的机舱偏航角度，之前还包括：

确定风速值小于预设风速值，且，确定风向为周期性来回变化；

或，

确定所述风速值小于预设风速值，且，确定所述风向为连续沿顺时针方向或逆时针方向变化。

优选地，所述确定风向为周期性来回变化，具体包括：

由所述风向角度值判断风向发生变化时，记录风向第一变化方向对应的风向角度最大值；记录风向第二变化方向对应的风向角度最小值；

由所述风向角度最大值和风向角度最小值获得风向变化幅值；

判断预定个数的检测周期内风向在所述第一变化方向和第二变化方向来回变化且每个变化周期的风向变化幅值相同时，确定所述风向为周期性来回变化。

优选地，还包括：

判断风速值大于所述预设风速值或风向超过预设时间未发生变化时，停止控制所述风力发电机组的机舱偏航。

本发明实施例还提供一种风力发电机偏航控制装置，包括：比较单元、偏航触发单元和偏航控制单元；

所述比较单元，用于获取机舱和当前风向的风向偏差角度值Δα；

所述偏航触发单元，用于确定所述风向偏差角度值Δα大于或等于偏航启动角度预设阈值β时，触发所述偏航控制单元；

所述偏航控制单元，用于控制风力发电机组的机舱偏航C角度，以使所述机舱迎风运行；其中C的取值为Δα+kβ，k的取值范围为0.4～0.6。

优选地，还包括：风速判断单元和风向判断单元；

所述风速判断单元，用于判断风速值是否小于预设风速值；

所述风向判断单元，用于判断风向是否为周期性来回变化，或风向为连续沿顺时针方向或逆时针方向变化；

当所述风速判断单元判断风速小于预设风速值，且所述风向判断单元判断风向为周期性来回变化或风向为连续沿顺时针方向或逆时针方向变化时，所述偏航控制单元控制风力发电机组的机舱偏航C角度。

优选地，所述风向判断单元包括：风向角度值记录子单元、风向变化幅值获取子单元和周期性变化确定子单元；

所述风向角度值记录子单元，用于由所述风向角度值判断风向发生变化时，记录风向第一变化方向对应的风向角度最大值；记录风向第二变化方向对应的风向角度最小值；

所述风向变化幅值获取子单元，用于由所述风向角度最大值和风向角度最小值获得风向变化幅值；

所述周期性变化确定子单元，用于判断预定个数的检测周期内风向在所述第一变化方向和第二变化方向来回变化且每个变化周期的风向变化幅值相同时，确定所述风向为周期性来回变化。

优选地，还包括：停止触发单元；

所述停止触发单元，用于判断风速值大于所述预设风速值或风向超过预设时间未发生变化时，停止控制所述风力发电机组的机舱偏航。

本发明实施例还提供一种风力发电机偏航控制系统，包括：风向传感器、控制器和驱动机构；

所述风向传感器，用于测量当前风向与机舱的夹角，该夹角作为风向角度值，并将所述风向角度值发送给所述控制器；

所述控制器，用于获取机舱和当前风向的风向偏差角度值Δα；当所述风向偏差角度值Δα大于或等于偏航启动角度预设阈值β时，发送控制指令给所述驱动机构使所述风力发电机的机舱偏航C角度；以使所述机舱迎风运行；其中C的取值为Δα+kβ，k的取值范围为0.4～0.6；

所述驱动机构，用于驱动风力发电机的机舱偏航C角度。

与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：

当检测到风向偏差角度值大于或等于偏航启动角度预设阈值时，控制机舱偏航，偏航的角度为风向偏差角度值加上0.4-0.6倍的偏航启动角度预设阈值，这样可以保证风向角度再变化时，不必频繁地控制机舱进行偏航，大大降低了启动机舱偏航的次数，这样有助于保护偏航齿轮、偏航电机及偏航继电器的安全，从而提高整个风力发电机组的寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，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，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，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它的附图。

图1为本发明提供的风力发电机偏航控制方法实施例一的流程图；

图2为现有技术中控制机舱偏航的示意图；

图3为本发明提供的控制机舱偏航的示意图；

图4为本发明提供的与图3对应的偏航控制示意图；

图5为本发明提供的判断风向为周期性来回变化的流程图；

图6为本发明提供的风向单方向连续变化的偏航控制示意图；

图7为本发明提供的计算偏航启动次数的流程图；

图8为本发明提供的风力发电机偏航控制装置实施例一的示意图；

图8a为本发明提供的风力发电机偏航控制装置实施例二的示意图；

图9为本发明提供的风力发电机偏航控制系统实施例一的示意图。

201-风向变化趋势曲线；202-风向变化中心线；203-偏航启动点；204-偏航启动点；205-偏航启动点；206-偏航启动点；207-风向变化点；208-风向变化点；209-偏航启动角度预设阈值；301-风向变化趋势曲线；302-风向变化中心线；303-偏航启动点；304-偏航启动位置；305-风向变化点；306-风向变化点；307-偏航启动角度预设阈值；401-偏航启动点；402-偏航启动点；403-偏航启动点；404-偏航启动点；405-偏航启动点；406-风向变化点；407-风向变化点；408-风向变化点；409-风向变化点；801-风向变化趋势；802-偏航启动点；803-偏航启动点；804-偏航启动点；805-偏航启动点；806-偏航启动点；807-偏航启动点；808-风向变化点；809-风向变化点；810-风向变化点；811-风向变化点；812-风向变化点；813-偏航启动角度；800a-比较单元、800b-偏航触发单元；800c-偏航控制单元；800d-风速判断单元；800e-风向判断单元；800e1-风向角度值记录子单元；800e2-风向变化幅值获取子单元；800e3-周期性变化确定子单元；800f-停止触发单元；900a-风向传感器、900c-控制器；900d-驱动机构。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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，所描述的实施例仅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做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。

参见图1，该图为本发明提供的风力发电机偏航控制方法实施例一流程图。

需要说明的是，本发明实施例中所称的风力发电机组指的是一台风力发电机，以下简称为风机。

本实施例提供的风力发电机偏航控制方法，包括以下步骤：

S101：获取当前机舱和当前风向的风向偏差角度值Δα；

需要说明的是，风向偏差角度值Δα指的是机舱和当前风向的夹角。其中，当前风向可以由风向传感器来直接获得，可以理解的是，任何传感器获得数据为电信号，风向传感器将代表风向偏差角度值的电信号发送给控制器，由控制器将电信号转换为风向偏差角度值。

可以理解的是，风向偏差角度值可以为0～360度范围内的任何角度，也可以为-180度～+180度之间的任何角度，即在360度范围内的任何角度。

任何数据的采集都有周期，本实施例中的检测周期可以根据实际需要来设置，在此不做具体限定，例如可以30s作为一个检测周期，也可以1分钟作为一个检测周期，也可以2分钟作为一个检测周期。

例如，当前检测周期检测的风向偏差角度值Δα为16度。

S102：当所述风向偏差角度值Δα大于或等于偏航启动角度预设阈值β时，控制风力发电机组的机舱依照风向变化趋势偏航到C角度，以使所述机舱迎风运行；其中C的取值为Δα+kβ，k的取值范围为0.4～0.6。

可以理解的是，k的取值范围为0.4～0.6，优选地，k＝0.5。

例如，偏航启动角度预设阈值β为15度时，当风向从0度变化到16度，则风向偏差角度值为16度，大于偏航启动角度预设阈值，此时可以控制风力发电机组的机舱偏航以迎风运行。

但是，本实施例中并不是控制机舱偏航16度，而是控制机舱偏航大于16度，偏航角度可以选择取值范围内的任何值。例如，优选k可以为0.5。这样，机舱可以偏航16+0.5*15＝16+7.5＝23.5。

由于风向传感器测量的风向偏差角度值一般不为0度，因此一般可以设置偏航停止阈值角度，即当测量的风向角度值小于偏航停止阈值角度时，可以控制机舱停止偏航，默认偏航到位。例如，继续以上述数值为例，当偏航停止阈值为6度时，当机舱偏航到风向偏差角度值小于6度时，可以停止偏航，默认偏航到位。

本实施例提供的方法相比于现有技术，可以减少控制机舱偏航的次数。为了更好地体现本实施例提供的技术的优点，下面结合附图对现有技术中控制机舱偏航的方法进行介绍。

参见图2，该图为现有技术中控制机舱偏航的示意图。

其中，风向变化趋势曲线201表示风向以风向变化中心线202为中心，在两个方向反复变化时的变化趋势。

偏航启动点203、偏航启动点204、偏航启动点205和偏航启动点206表示当前风向标与当前机舱方向的夹角大于偏航启动角度预设阈值209时，风机开始启动偏航的机舱位置，同时本次的偏航启动点，也可以理解为上次的偏航停止位置。

风向变化点207、风向变化点208表示每次风向变化后，风向标与机舱方向的夹角大于偏航启动角度预设阈值209时的风向方向，其中风向变化点207对应偏航启动点203，即风向变化点207与偏航启动点203的风向偏差角度值为偏航启动角度预设阈值209；风向变化点208对应偏航启动点204，即风向变化点208与偏航启动点204的差值为偏航启动角度预设阈值209。

偏航启动角度209表示偏航启动的风向偏差阈值，即主控系统检测到风向偏差值大于此值时，主控系统控制偏航控制模块启动偏航，进行对风。

图2中，圆点的数量表示一个风向变化周期(风向沿风向变化趋势曲线201，从偏航启动点203变化到偏航启动点206，为一个变化周期)内偏航启动点的数量，即偏航的启动次数；斜线表示一个风向变化周期内，风向变化点的数量，即风向偏差角度值大于偏航启动角度预设阈值209。

从图2中可以看出，在每个风向变化周期内，共有13个偏航启动点(图中13个黑色的圆点)。

例如，当机舱位置在偏航启动点203时，若风向方向变化到风向变化点207时，表示风向偏差角度值大于偏航启动角度预设阈值209，则机舱启动偏航，偏航到接近偏航启动点204时，停止偏航第一次偏航完成；当风向再次变化到风向变化点208时，表示风向偏差角度值大于偏航启动角度预设阈值209，则机舱启动偏航，偏航到接近偏航启动点205时，停止偏航第一次偏航完成；其余偏航启动点亦相同，即每次风向值与机舱位置的风向偏差角度值大于偏航启动角度预设阈值209，机舱启动偏航，偏航到下一个偏航启动点时，停止偏航，即在每个风向变化周期内，偏航需要启动12次，偏航动作十分频繁。偏航动作太频繁将导致偏航齿轮的寿命降低，甚至影响整个风力发电机组的寿命。

下面举例说明现有技术对应的图2。

假设此时风机为0度位置，当风向偏差角度值大于或等于16度时，即为16度时，机舱启动偏航，当偏航到风向值小于偏航停止阈值6度，即机舱偏航转过的角度为10度即机舱方向为10度时，停止偏航；当下一次风向变化到26度，即风向偏差值再次大于16度时，重新启动偏航。

下面结合图3和图4说明本发明提供的方法的工作原理。

参见图3，该图为本发明提供的控制机舱偏航的示意图。

其中，风向变化趋势曲线301表示风向以风向变化中心线302为中心，在两个方向反复变化时的变化趋势。

偏航启动点303和偏航启动点304表示当前风向值与当前机舱方向的夹角大于偏航启动角度预设阈值307时，风机开始启动偏航的机舱位置，同时本次的偏航启动点，也可以理解为上次的偏航停止位置。

风向变化点305和风向变化点306表示每次风向变化后，风向标与机舱方向的夹角大于偏航启动角度预设阈值307时的风向方向，其中风向变化点305对应偏航启动点303，即风向变化点305与偏航启动点303的风向偏差角度值为偏航启动角度预设阈值307。

风向变化点306对应偏航启动点304，即风向变化点306与偏航启动点304的差值为偏航启动角度预设阈值307；偏航启动角度预设阈值307表示偏航启动的风向偏差阈值，即检测到风向偏差值大于此值时，启动偏航，进行对风。

图3中圆点的数量表示一个风向变化周期(风向沿风向变化趋势曲线301，从偏航启动点303变化到偏航启动点308，为一个变化周期)内偏航启动点的数量，即偏航的启动次数；斜线表示一个风向变化周期内，风向变化点的数量，即风向偏差角度值大于偏航启动角度预设阈值307。

从图3中可以看出，在每个风向变化周期内，共有5个偏航启动点，图中5个黑色的圆点表示5个偏航启动点，即每次风向偏差角度值大于偏航启动角度预设阈值后，机舱启动偏航，偏航到下一个偏航启动点时，停止偏航，即在每个风向变化周期内，偏航只需要启动4次，偏航启动次数仅为现有技术的1/3。即本发明提供的方法相对于现有技术偏航启动次数减少了很多。这样有助于保护偏航齿轮、偏航继电器以及偏航电机等风力发电机组上的部件，从而提高整个风力发电机组的寿命。

下面举例说明图3的原理。

当风向偏差角度值大于16度时，风机启动偏航，例如，从正16度偏航到负6度(此处正负表示相对0度位置的左右方向，例如在0度右边为正，在0度左边为负)，即风机偏航转过的角度为22度即机舱方向为22度时，停止偏航；当下一次风向值只要小于38度(38-22＝16)时，风机不需要启动偏航，就能保证机舱位置在偏航启动角度预设阈值范围内。因此，在风向变化2个偏航启动角度预设阈值的范围内，偏航就能少启动一次，所以本发明设计的偏航控制方法，可减少低风速时风力发电机的偏航启动次数；长时间运行后，可以大幅度减少偏航启动次数，并且不会影响到风力发电机的发电量。

下面以k取0.5为例进行说明。

参见图4，该图为本发明提供的与图3对应的偏航控制示意图。

其中，偏航启动点表示每次偏航停止及下一次偏航启动的位置；风向变化点表示风向偏差角度值大于偏航启动角度预设阈值的位置。

其偏航控制步骤为：

假设偏航启动点401为风机初始机舱位置，当风向从偏航启动点401变化到风向变化点406时，变化范围超过了偏航启动角度预设阈值，此时需要控制风机启动偏航；

偏航启动后，控制风机沿风向变化趋势偏航到偏航启动点402，即超过风向变化点406的0.5β。此时，因为机舱位置为偏航启动点402，而风向为风向变化点406，二者的风向偏差角度值小于偏航启动角度预设阈值，所以不需要启动偏航，且不会降低机组发电量。

当风向从风向变化点406，再次沿风向变化曲线变化到风向变化点407时，在此过程中，由于风机位置为偏航启动点402，风向偏差角度值小于偏航启动角度预设阈值，所以也不需要启动偏航。

当风向超过风向变化点407时，控制风机启动偏航；偏航启动后，控制风机沿风向变化趋势偏航到偏航启动点403，即超过风向变化点407的0.5β。此时，因为机舱位置为偏航启动点403，而风向为风向变化点407，二者的风向偏差角度值小于偏航启动角度预设阈值，所以不需要启动偏航，且可以保证发电量。

当风向从风向变化点407，再次沿风向变化曲线变化到风向变化点408时，在此过程中，由于风机位置为偏航启动点403，风向偏差角度值小于偏航启动角度预设阈值，所以也不需要启动偏航。

当风向超过风向变化点408时，需要控制风机启动偏航；偏航启动后，控制风机沿风向变化趋势偏航到偏航启动点404，即超过风向变化点408的0.5β。此时，因为机舱位置为偏航启动点404，而风向为风向变化点408，二者的风向偏差角度值小于偏航启动角度预设阈值，所以不需要启动偏航，且不会降低机组发电量。

当风向从风向变化点408，再次沿风向变化曲线变化到风向变化点409时，在此过程中，由于风机位置为偏航启动点404，风向偏差角度值小于偏航启动角度预设阈值，所以也不需要启动偏航。

当风向超过风向变化点409时，控制风机启动偏航；偏航启动后，控制风机沿风向变化趋势偏航到偏航启动点405，即超过风向变化点409的0.5β。此时，因为机舱位置为偏航启动点405，而风向为风向变化点409，二者的风向偏差角度值小于偏航启动角度预设阈值，所以不需要启动偏航，且可以保证发电量。

通过以上分析可以得知，本实施例提供的方法，当检测到风向偏差角度值大于或等于偏航启动角度预设阈值时，控制机舱沿风向变化趋势偏航，偏航的角度为风向偏差角度值加上0.4-0.6倍的偏航启动角度预设阈值，这样可以保证风向角度再变化时，不必频繁地控制机舱进行偏航，大大降低了启动机舱偏航的次数，这样有助于保护偏航齿轮、偏航电机及偏航继电器的安全，从而提高整个风力发电机组的寿命。

需要说明的是，以上实施例举例的是风向变化为周期性来回变化的情况，可以理解的是，以上实施例介绍的方法同样适用于向同一个方向连续变化的情况，例如，风向为连续沿顺时针方向或逆时针方向变化。即，本发明提供的方法适用于低风时风向周期性来回变化或低风时风向连续向一个方向变化。

即，在所述控制风力发电机组的机舱偏航角度，之前还包括：

确定风速值小于预设风速值，且，确定风向为周期性来回变化；

或，

确定所述风速值小于预设风速值，且，确定所述风向为连续沿顺时针方向或逆时针方向变化。

本发明提供的方法不适用于风速较大或者风向长时间没有变化的情况。即：

判断风速值大于所述预设风速值或风向超过预设时间未发生变化时，停止控制所述风力发电机组的机舱偏航。

其中，确定风向为周期性来回变化，具体包括以下步骤，参见图5。

S501：由所述风向角度值判断风向发生变化时，记录风向第一变化方向对应的风向角度最大值；记录风向第二变化方向对应的风向角度最小值；

例如，风向角度值的范围为0-360度，第一变化方向对应的风向角度最大值为160度，第二变化方向对应的风向角度最小值为110度。

S502：由所述风向角度最大值和风向角度最小值获得风向变化幅值；

对应的风向变化幅值为160-110＝50度。

S503：判断预定个数的检测周期内风向在所述第一变化方向和第二变化方向来回变化且每个变化周期的风向变化幅值相同时，确定所述风向为周期性来回变化。

预定个数可以根据实际需要来选择，本实施例中不做具体限定，例如3个检测周期。如果3个检测周期内满足风向在第一变化方向和第二变化方向来回变化且风向变化幅值相同，即均为50度，则确定风向为周期性来回变化，可以利用本发明提供的方法进行偏航控制。

下面结合附图介绍本发明提供的偏航方法应用于风向为连续沿顺时针方向或逆时针方向变化的情况。

参见图6，该图为本发明提供的风向单方向连续变化的偏航控制示意图。

风向变化趋势801表示风向沿一个方向(顺时针或逆时针)连续变化的趋势；偏航启动点802、偏航启动点803、偏航启动点804、偏航启动点805、偏航启动点806、偏航启动点807表示当前风向角度值与当前机舱方向的夹角大于偏航启动角度预设阈值813时，风机开始启动偏航的机舱位置，同时本次的偏航启动点，也可以理解为上次的偏航停止位置。

风向变化点808、风向变化点809、风向变化点810、风向变化点811、风向变化点812表示每次风向变化后，风向与机舱方向的夹角大于偏航启动角度预设阈值307时的风向方向；偏航启动角度预设阈值813表示偏航启动的风向偏差阈值，即检测到风向偏差值大于此值时，启动偏航，进行对风。

其控制逻辑为：假设风向变化趋势为从偏航启动点802连续变化到偏航启动点807；则当前机舱方向位于偏航启动点802，风向变化到风向变化点812时，此时风向变化点812与偏航启动点802的角度差值大于偏航启动角度预设阈值813，则进行沿风向变化趋势偏航，偏航到偏航启动点803时，停止偏航，完成第一次偏航对风过程；

当风向变化到风向变化点811时，此时风向变化点811与偏航启动点803的角度差值大于偏航启动角度预设阈值813，则进行偏航，偏航到偏航启动点804时，停止偏航，完成第二次偏航对风过程；

当风向变化到风向变化点810时，此时风向变化点810与偏航启动点804的角度差值大于偏航启动角度预设阈值813，则进行偏航，偏航到偏航启动点805时，停止偏航，完成第三次偏航对风过程；

当风向变化到风向变化点809时，此时风向变化点809与偏航启动点805的角度差值大于偏航启动角度预设阈值813，则进行偏航，偏航到偏航启动点806时，停止偏航，完成第四次偏航对风过程；

当风向变化到风向变化点808时，此时风向变化点808与偏航启动点806的角度差值大于偏航启动角度预设阈值813，则进行偏航，偏航到偏航启动点807时，停止偏航，完成第五次偏航对风过程；

由此可见，当风向沿一个方向(顺时针或逆时针)连续变化，以图6中8倍偏航启动角度预设阈值813的角度范围而言，只需要沿风向变化趋势启动5次偏航，就能完成低风速时的偏航对风操作，且偏航对风完成后，风向与机舱方向的夹角小于偏航启动角度预设阈值，因此不会降低机组发电量。

另外，为了更好地体现本发明提供的方法启动偏航的次数比现有技术中的少，下面结合附图来介绍。

参见图7，该图为本发明提供的计算偏航启动次数的流程图。

设风向变化幅值为d1，偏航启动角度预设阈值β，风向传感器的测量精度为p，每个风向变化幅值内，应包含的偏航启动次数为n1，则n1的数值为：

n1＝d1*p/β (1)

从公式(1)可看出，偏航角度计数的个数会受到风向传感器测量精度的影响。

本发明的偏航启动次数n2的计算方法为：

n2＝[N+(N MOD 2)*0.5]*2 (2)

其中，如果风向变化幅值包含奇数个“偏航启动角度”，那么N MOD2＝1；在计算的时候需要加1。如果风向变化幅值包含偶数个“偏航启动角度”，那么N MOD 2＝0，在计算的时候不需要加1。

其中，设每次偏航启动角度预设阈值β，本发明所涉及的每个风向变化幅值内偏航启动角度预设阈值的个数N的计算方法为：

N＝d1*p/β*p (3)

从公式(3)可看出，偏航启动次数不受风向传感器测量精度的影响。

为了更好地理解以上的公式，可以参考图7所示的流程图。

S601：判断风向是否发生变化；如果，则执行S602，否则跳转到结束；

S602：判断风向变化是否大于偏航启动角度预设阈值；如果是，则执行S603，否则跳转到结束；

S603：偏航启动次数加1；

S604：判断风向是否开始反向变化；如果是，则执行S605，否则跳转到结束；

S605：记录风向幅值最大值；

S606：依照下述表达式计算余数：

余数＝风向幅值最大值-偏航启动次数*偏航启动角度预设阈值；

S607：判断余数是否接近偏航启动角度预设阈值；如果是，则执行S608，否则跳转到结束；

S608：偏航启动次数加1。

基于以上实施例提供的风力发电机偏航控制方法，本发明实施例还提供一种风力发电机偏航控制装置，下面结合附图进行详细的说明。

参见图8，该图为本发明提供的风力发电机偏航控制装置实施例一示意图。

本实施例提供的风力发电机偏航控制装置，包括：比较单元800a、偏航触发单元800b和偏航控制单元800c；

所述比较单元800a，用于获取当前机舱与当前风向的风向偏差角度值Δα＝|A-B|；

需要说明的是，风向偏差角度值指的是机舱和当前风向的夹角。其中，当前风向可以由风向传感器来获得，可以理解的是，任何传感器获得数据为电信号，风向传感器将代表风风向偏差角度值的电信号发送给控制器，由控制器将电信号转换为风向偏差角度值。

可以理解的是，风向偏差角度值可以为0～360度范围内的任何角度，也可以为-180度～+180度之间的任何角度，即在360度范围内的任何角度。

任何数据的采集都有周期，本实施例中的检测周期可以根据实际需要来设置，在此不做具体限定，例如可以30s作为一个检测周期，也可以1分钟作为一个检测周期，也可以2分钟作为一个检测周期。

所述偏航触发单元800b，用于确定所述风向偏差角度值Δα大于或等于偏航启动角度预设阈值β时，触发所述偏航控制单元800c；

所述偏航控制单元800c，用于控制风力发电机组的机舱沿风向变化趋势偏航C角度，以使所述机舱迎风运行；其中C的取值为Δα+kβ，k的取值范围为0.4～0.6。

可以理解的是，k的取值范围为0.4～0.6，优选地，k＝0.5。

例如，偏航启动角度预设阈值β为15度时，当风向偏差角度值为16度，此时风向偏差角度值大于偏航启动角度预设阈值，此时可以控制风力发电机组的机舱偏航以迎风运行。

但是，本实施例中并不是控制机舱偏航16度，而是控制机舱偏航大于16度，偏航角度可以选择取值范围内的任何值。例如，优选k可以为0.5。这样，机舱可以偏航16+0.5*15＝23.5。

一般设置偏航停止阈值角度，即当测量的风向角度值小于偏航停止阈值角度时，可以控制机舱停止偏航，默认偏航到位。

本实施例提供的控制装置，当检测到风向偏差角度值大于或等于偏航启动角度预设阈值时，控制机舱偏航，偏航的角度为风向偏差角度值加上0.4-0.6倍的偏航启动角度预设阈值，这样可以保证风向角度再变化时，不必频繁地控制机舱进行偏航，大大降低了启动机舱偏航的次数，这样有助于保护偏航齿轮、偏航电机及偏航继电器的安全，从而提高整个风力发电机组的寿命。参见图8a，该图为本发明提供的风力发电机偏航控制装置实施例二示意图。

另外，本发明提供的风力发电机偏航控制装置，还包括：风速判断单元800d和风向判断单元800e；

所述风速判断单元800d，用于判断风速值是否小于预设风速值；

所述风向判断单元800e，用于判断风向是否为周期性来回变化，或风向为连续沿顺时针方向或逆时针方向变化；

当所述风速判断单元800d判断风速小于预设风速值，且所述风向判断单元800e判断风向为周期性来回变化或风向为连续沿顺时针方向或逆时针方向变化时，所述偏航控制单元800c控制风力发电机组的机舱偏航C角度。

所述风向判断单元800e包括：风向角度值记录子单元800e1、风向变化幅值获取子单元800e2和周期性变化确定子单元800e3；

所述风向角度值记录子单元800e1，用于由所述风向角度值判断风向发生变化时，记录风向第一变化方向对应的风向角度最大值；记录风向第二变化方向对应的风向角度最小值；

所述风向变化幅值获取子单元800e2，用于由所述风向角度最大值和风向角度最小值获得风向变化幅值；

所述周期性变化确定子单元800e3，用于判断预定个数的检测周期内风向在所述第一变化方向和第二变化方向来回变化且每个变化周期的风向变化幅值相同时，确定所述风向为周期性来回变化。

本发明提供的控制装置不适用于风速较大或者风向长时间没有变化的情况。因此，本控制装置还包括：停止触发单元800f；

所述停止触发单元800f，用于判断风速值大于所述预设风速值或风向超过预设时间未发生变化时，停止控制所述风力发电机组的机舱偏航。

本发明提供的控制装置可以在低风速时，且风向为周期性来回变化或单方向连续变化时，控制机舱偏航，相对于现有技术启动机舱偏航的次数减少了很多，这样有利于提高整个风力发电机组的寿命。

基于以上实施例提供的风力发电机偏航控制方法及控制装置，本发明实施例还提供一种风力发电机偏航控制系统，下面结合附图来进行详细的说明。

参见图9，该图为本发明提供的风力发电机偏航控制系统实施例一示意图。

本实施例提供的风力发电机偏航控制系统，包括：风向传感器900a、控制器900c和驱动机构900d；

所述风向传感器900a，用于测量当前风向与风力发电机机舱的夹角，该夹角作为风向角度值，并将所述风向角度值发送给所述控制器900c；

所述控制器900c，用于获取机舱与风向标的风向偏差角度值Δα＝|A-B|；当所述风向偏差角度值Δα大于或等于偏航启动角度预设阈值β时，发送控制指令给所述驱动机构900d使所述风力发电机组的机舱偏航C角度；以使所述机舱迎风运行；其中C的取值为Δα+kβ，k的取值范围为0.4～0.6；

所述驱动机构900d，用于驱动风力发电机组的机舱偏航C角度。

例如，风向偏差角度值指的是机舱和风向标的夹角。可以由风向传感器来获得，可以理解的是，任何传感器获得数据为电信号，风向传感器将代表风向角度值的电信号发送给控制器，由控制器将电信号转换为风向角度值。

可以理解的是，风向角度值可以为0～360度范围内的任何角度，也可以为-180度～+180度之间的任何角度，即在360度范围内的任何角度。

任何数据的采集都有周期，本实施例中的检测周期可以根据实际需要来设置，在此不做具体限定，例如可以30s作为一个检测周期，也可以1分钟作为一个检测周期，也可以2分钟作为一个检测周期。

可以理解的是，k的取值范围为0.4～0.6，优选地，k＝0.5。

例如，偏航启动角度预设阈值β为15度时，当从0度变化到16度，则风向偏差角度值为16度，大于偏航启动角度预设阈值，此时可以控制风力发电机组的机舱偏航以迎风运行。

但是，本实施例中并不是控制机舱偏航16度，而是控制机舱偏航大于16度，偏航角度可以选择取值范围内的任何值。例如，优选k可以为0.5。这样，机舱可以偏航16+0.5*15＝23.5。

一般设置偏航停止阈值角度，即当测量的风向角度值小于偏航停止阈值角度时，可以控制机舱停止偏航，默认偏航到位。

本实施例提供的控制系统，当检测到风向偏差角度值大于或等于偏航启动角度预设阈值时，控制机舱偏航，偏航的角度为风向偏差角度值加上0.4-0.6倍的偏航启动角度预设阈值，这样可以保证风向角度再变化时，不必频繁地控制机舱进行偏航，大大降低了启动机舱偏航的次数，这样有助于保护偏航齿轮、偏航电机及偏航继电器的安全，从而提高整个风力发电机组的寿命。

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 (9)

1.一种风力发电机偏航控制方法，其特征在于，包括：

获取机舱和当前风向的风向偏差角度值Δα；

当所述风向偏差角度值Δα大于或等于偏航启动角度预设阈值β时，控制风力发电机组的机舱偏航C角度，以使所述机舱迎风运行；其中C的取值为Δα+kβ，k的取值范围为0.4～0.6。

2.根据权利要求1所述的风力发电机偏航控制方法，其特征在于，在所述控制风力发电机组的机舱偏航角度，之前还包括：

确定风速值小于预设风速值，且，确定风向为周期性来回变化；

或，

确定所述风速值小于预设风速值，且，确定所述风向为连续沿顺时针方向或逆时针方向变化。

3.根据权利要求2所述的风力发电机偏航控制方法，其特征在于，所述确定风向为周期性来回变化，具体包括：

由所述风向角度值判断风向发生变化时，记录风向第一变化方向对应的风向角度最大值；记录风向第二变化方向对应的风向角度最小值；

由所述风向角度最大值和风向角度最小值获得风向变化幅值；

判断预定个数的检测周期内风向在所述第一变化方向和第二变化方向来回变化且每个变化周期的风向变化幅值相同时，确定所述风向为周期性来回变化。

4.根据权利要求3所述的风力发电机偏航控制方法，其特征在于，还包括：

判断风速值大于所述预设风速值或风向超过预设时间未发生变化时，停止控制所述风力发电机组的机舱偏航。

5.一种风力发电机偏航控制装置，其特征在于，包括：比较单元、偏航触发单元和偏航控制单元；

所述比较单元，用于获取机舱和当前风向的风向偏差角度值Δα；

所述偏航触发单元，用于确定所述风向偏差角度值Δα大于或等于偏航启动角度预设阈值β时，触发所述偏航控制单元；

所述偏航控制单元，用于控制风力发电机组的机舱偏航C角度，以使所述机舱迎风运行；其中C的取值为Δα+kβ，k的取值范围为0.4～0.6。

6.根据权利要求5所述的风力发电机偏航控制装置，其特征在于，还包括：风速判断单元和风向判断单元；

所述风速判断单元，用于判断风速值是否小于预设风速值；

所述风向判断单元，用于判断风向是否为周期性来回变化，或风向为连续沿顺时针方向或逆时针方向变化；

当所述风速判断单元判断风速小于预设风速值，且所述风向判断单元判断风向为周期性来回变化或风向为连续沿顺时针方向或逆时针方向变化时，所述偏航控制单元控制风力发电机组的机舱偏航C角度。

7.根据权利要求6所述的风力发电机偏航控制装置，其特征在于，所述风向判断单元包括：风向角度值记录子单元、风向变化幅值获取子单元和周期性变化确定子单元；

所述风向角度值记录子单元，用于由所述风向角度值判断风向发生变化时，记录风向第一变化方向对应的风向角度最大值；记录风向第二变化方向对应的风向角度最小值；

所述风向变化幅值获取子单元，用于由所述风向角度最大值和风向角度最小值获得风向变化幅值；

所述周期性变化确定子单元，用于判断预定个数的检测周期内风向在所述第一变化方向和第二变化方向来回变化且每个变化周期的风向变化幅值相同时，确定所述风向为周期性来回变化。

8.根据权利要求7所述的风力发电机偏航控制装置，其特征在于，还包括：停止触发单元；

所述停止触发单元，用于判断风速值大于所述预设风速值或风向超过预设时间未发生变化时，停止控制所述风力发电机组的机舱偏航。

9.一种风力发电机偏航控制系统，其特征在于，包括：风向传感器、控制器和驱动机构；

所述风向传感器，用于测量当前风向与机舱的夹角，该夹角作为风向角度值，并将所述风向角度值发送给所述控制器；

所述控制器，用于获取机舱和当前风向的风向偏差角度值Δα；当所述风向偏差角度值Δα大于或等于偏航启动角度预设阈值β时，发送控制指令给所述驱动机构使所述风力发电机的机舱偏航C角度；以使所述机舱迎风运行；其中C的取值为Δα+kβ，k的取值范围为0.4～0.6；

所述驱动机构，用于驱动风力发电机的机舱偏航C角度。