CN108894919A - 风力发电机组的启动控制方法和装置、存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种风力发电机组的启动控制方法和装置、存储介质。该风力发电机组的启动控制方法包括：获取风电场中风力发电机组的风向数据和风速数据；根据风向数据和风速数据，预测风电场是否起风；若风电场起风，则将当前风向发送至风电场的风力发电机组，使风力发电机组根据当前风向进行偏航对风；响应于完成偏航对风，对风电场中风速数据大于预设启动风速的风力发电机组执行启动运行。采用本发明实施例中的技术方案，能够对风电场是否起风进行有效预测，并根据预测结果提前对风力发电机组进行偏航对风，从而缩短风力发电机组的启动时间。

Description

风力发电机组的启动控制方法和装置、存储介质

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组的启动控制方法和装置、存储介质。

背景技术

现阶段，若风力发电机组处于待机状态且风速测量值持续一段时间，比如2～5分钟大于启动风速，则控制风力发电机组执行启动操作。由于每次启机时都需要经过2～5分钟的延时判断，导致风力发电机组的启动时间延长。实际运行时，一台风力发电机组的启动时间延长造成的发电量损失可能并不多，但是，随着风电场数目的增多及风力发电机组容量的增大，长时间运行所造成的发电量损失是不可估量的。

发明内容

本发明实施例提供了一种风力发电机组的启动控制方法和装置、存储介质，能够对风电场是否起风进行有效预测，并根据预测结果提前对风力发电机组进行偏航对风，从而缩短风力发电机组的启动时间。

第一方面，本发明实施例提供一种风力发电机组的启动控制方法，该方法包括：

获取风电场中风力发电机组的风向数据和风速数据；

根据风向数据和风速数据，预测风电场是否起风；

若风电场起风，则将当前风向发送至风电场的风力发电机组，使风力发电机组根据当前风向进行偏航对风；

响应于完成偏航对风，对风电场中风速数据大于预设启动风速的风力发电机组执行启动运行。

在第一方面的一种可能的实施方式中，根据风向数据和风速数据，预测风电场是否起风，包括：根据风向数据和风速数据，绘制风电场的风速与风向玫瑰图，风速与风向玫瑰图的半径为对应所属风向区间的风速数据的累加值；根据风速与风向玫瑰图，预测风电场是否起风。

在第一方面的一种可能的实施方式中，根据风速与风向玫瑰图，预测风电场是否起风，包括：判断当前时刻与上一时刻之间的风速与风向玫瑰图半径的差值是否达到预设启动风速且差值在第一预设时间段内持续增大；若当前时刻与上一时刻之间的风速与风向玫瑰图半径的差值达到预设启动风速且差值在第一预设时间段内持续增大，则预测风电场起风。

在第一方面的一种可能的实施方式中，根据风向数据和风速数据，预测风电场是否起风，包括：根据风向数据和风速数据，绘制风电场的启动机组数目与风向玫瑰图，启动机组数目与风向玫瑰图的半径为对应所属风向区间的启动机组数目，启动机组数目为风电场中风速数据大于预设启动风速的风力发电机组数目；根据启动机组数目与风向玫瑰图，预测风电场是否起风。

在第一方面的一种可能的实施方式中，根据启动机组数目与风向玫瑰图，预测风电场是否起风，包括：判断启动机组数目与风向玫瑰图的半径是否达到预设半径，且在第二预设时间段内持续增大；若启动机组数目与风向玫瑰图的半径达到预设半径且在第二预设时间段内持续增大，则预测风电场起风。

第二方面，本发明实施例提供一种风力发电机组的启动控制装置，该装置包括：

获取模块，用于获取风电场中风力发电机组的风向数据和风速数据；

预测模块，用于根据风向数据和风速数据，预测风电场是否起风；

偏航模块，用于若风电场起风，则将当前风向发送至风电场的风力发电机组，使风力发电机组根据当前风向进行偏航对风；

启动模块，用于响应于完成偏航对风，对风电场中风速数据大于预设启动风速的风力发电机组执行启动运行。

在第二方面的一种可能的实施方式中，预测模块包括：第一绘制单元，用于根据风向数据和风速数据，绘制风电场的风速与风向玫瑰图，风速与风向玫瑰图的半径为对应所属风向区间的风速数据的累加；第一预测单元，用于根据风速与风向玫瑰图，预测风电场是否起风。

在第二方面的一种可能的实施方式中，预测模块还包括：第二绘制单元，用于根据风向数据和风速数据，绘制风电场的启动机组数目与风向玫瑰图，启动机组数目与风向玫瑰图的半径为对应所属风向区间的启动机组数目，启动机组数目为风电场中风速数据大于预设启动风速的风力发电机组数目；第二预测单元，用于根据启动机组数目与风向玫瑰图，预测风电场是否起风。

在第二方面的一种可能的实施方式中，该装置设置在风力发电机组的主控制器或者风电场的中央监控设备中。

第三方面，本发明实施例提供一种风力发电机组的启动控制装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，处理器执行程序时实现如上所述的风力发电机组的启动控制方法。

第四方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，程序被处理器执行时实现如上所述的风力发电机组的启动控制方法。

如上所述，本发明实施例能够基于风电场中风力发电机组风速数据的变化，从风电场角度预测是否起风，并能够根据预测结果提前对风电场中地所有风力发电机组进行偏航对风。与现有技术中的仅基于单台风力发电机组角度判断是否起风相比，能够极大地缩短整个风电场中众多风力发电机组的启动判断时间，从而避免造成风电场的发电量损失。

附图说明

从下面结合附图对本发明的具体实施方式的描述中可以更好地理解本发明其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。

图1为本发明实施例提供的风电场拓扑示意图；

图2为本发明实施例提供的风电场布局示意图；

图3为本发明一个实施例提供的风力发电机组的启动控制方法的流程示意图；

图4为本发明另一实施例提供的风力发电机组的启动控制方法的流程示意图；

图5为本发明实施例提供的风速与风向玫瑰图的示意图；

图6为本发明又一实施例提供的风力发电机组的启动控制方法的流程示意图；

图7为本发明实施例提供的启动机组数目与风向玫瑰图的示意图；

图8为本发明一个实施例提供的风力发电机组的启动控制装置的结构示意图；

图9为本发明另一实施例提供的风力发电机组的启动控制装置的结构示意图。

具体实施方式

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。

图1为本发明实施例提供的风电场拓扑示意图。图1中示出了风电场101、风力发电机组102和中央监控设备103。

如图1所示，风电场101中包括多台风力发电机组102，中央监控设备103通过光线通信线路与风电场101内的各风力发电机组102环网连接。中央监控设备103采集各风力发电机组102的运行工况数据进行统计分析，并将数据统计分析结果下发给各风力发电机组102，以控制各风力发电机组102运行。在一示例中，中央监控设备103和各风力发电机组102之间基于数据采集与监视控制系统(Supervisory Control and Data Acquisition，SCADA))进行数据传输与交互。

其中，各风力发电机组102上传至中央监控设备103的上传数据包括运行工况数据，比如：机组风向、机舱方向、机组风速值、机组功率值、机组转速值和偏航启动标志等。中央监控设备103下发至各风力发电机组102下传数据包括控制数据和控制命令，比如，准备偏航标志和新变化的风向值等。

图2为本发明实施例提供的风电场布局示意图。风电场中分布有多台风力发电机组，这些风力发电机组按照预定规则分散布置于风电场中，以保证每台风力发电机组具有较高的风能捕获能力。

如图2所示，风向A为风电场的来风方向，风向稳定时风电场中各风力发电机组检测到的风向数据基本一致。风电场起风时，处于迎风面的风力发电机组(外围风机)，比如分布于虚线O-O线以左的风力发电机组检测到的风速会先升高，且随着阵风的推进，分布于虚线O-O线以右的风力发电机组检测到的风速逐渐升高。

由此，本发明实施例提供了一种风力发电机组的启动控制方法和装置、存储介质，能够根据风电场中风力发电机组风速数据的变化，提前预测风电场中是否起风，以及时切入对风电场中风力发电机组的偏航对风操作，缩短风力发电机组的启动时间，避免造成风电场的发电量损失。

图3为本发明一个实施例提供的风力发电机组的启动控制方法的流程示意图。如图3所示，该风力发电机组的启动控制方法包括步骤301至步骤304。

在步骤301中，获取风电场中风力发电机组的风向数据和风速数据。

在步骤302中，根据风向数据和风速数据，预测风电场是否起风。

结合图2，由于风电场起风时，处于迎风面的一台或者多台外围风机检测到的风速数据会快速增大，因此，只需要基于风电场中风力发电机组风速数据的变化，就能够对风电场是否起风进行有效预测。

在步骤303中，若风电场起风，则将当前风向发送至风电场的风力发电机组，使风力发电机组根据当前风向进行偏航对风。

实际偏航时，可以将风力发电机组的机舱方向偏航至当前风向所属的风向区间内。风向区间的宽度可以根据风力发电机组的调桨控制精度和风向仪的测量精度进行设定。风力发电机组的调桨控制精度越高，风向仪的测量精度越高，则风向区间的宽度可以适当减小。

在步骤304中，响应于完成偏航对风，对风电场中风速数据大于预设启动风速的风力发电机组执行启动运行。

实际启动时，可以由中央监控设备103执行图3中的步骤。当风电场起风时，中央监控设备103可以向风电场内的各风力发电机组下发准备启动标志，同时将当前风向值下发至各风力发电机组。各风力发电机组接收到准备启动标志后，以中央监控设备103下发的当前风向值为控制目标，控制风力发电机组启动偏航对风。同时，各风力发电机组检测自身风速仪所测的风速值是否大于预设启动风速，比如3m/s。当各风力发电机组检测到自身风速仪所测的风速值大于预设启动风速后，执行风力发电机组的启动运行。

如上所述，本发明实施例能够基于风电场中风力发电机组风速数据的变化，从风电场角度预测是否起风，并能够根据预测结果提前对风电场中地所有风力发电机组进行偏航对风。与现有技术中的仅基于单台风力发电机组角度判断是否起风相比，能够极大地缩短整个风电场中众多风力发电机组的启动判断时间，从而避免造成风电场的发电量损失。

基于风电场中风力发电机组地风向数据和风速数据，本发明可以从多多角度来预测风电场是否起风。

图4为本发明另一实施例提供的风力发电机组的启动控制方法的流程示意图。图4与图3的不同之处在于，图3中的步骤302可细化为图4中的步骤3021和步骤3022，用于从风速与风向玫瑰图角度预测风电场是否起风。

在步骤3021中，根据风向数据和风速数据，绘制风电场的风速与风向玫瑰图，风速与风向玫瑰图的半径为对应所属风向区间的风速数据的累加值。

图5为本发明实施例提供的风速与风向玫瑰图的示意图。其中，风向即风的来向，是指从外面吹向中心的方向。

极坐标中的N表示正北方向(0度方向)，S表示正南方向，E表示正东方向，W表示正西方向。图5示出的风向区间包括：[0°,5°]、[5°,10°]、[10°,15°]和[15°,20°]。

极坐标中的半径表示对应所属风向区间的风力发电机组风速数据的累加值。半径X1-X5指示的风速数据累加值依次递增。

如图5所示，当前时刻风电场中的所有风力发电机组均正对风向A，风向A处于北偏西10度～15度之间，P1指示的半径表示与风向区间(北偏西10度～15度)对应的风力发电机组风速数据的累加值。

为便于本领域技术人员理解，请参看表1，表1为与图5对应的风速与风向玫瑰图的数据表。

表1中第一列为风向区间编号，第二列为各风向区间对应的角度范围，第三列为各风向区间对应的风向数据累加值，采用数据表形式可方便程序的逻辑运算。

表1

风向区间编号	角度范围	风速数据累加值
			1	北偏西0°～5°	0
2	北偏西5°～10°	0
			3	北偏西10°～15°	M
4	北偏西15°～20°	0
			……	……	……

如表1所示，风向区间3(即北偏西10°～15°)内，风电场的风速数据累加值为M，而其余风向区间风电场的风速数据累加值均为0。即没有风的方向上，风电场的风速数据累加值均为0。

可以理解地是，当风电场风速偏小时，M的值也小，当风电场起风时，风电场风速快速增大，M也随之快速增大。

在步骤3022中，根据风速与风向玫瑰图，预测风电场是否起风。

具体地，参阅图2，由于风电场起风时，处于迎风面的外围风机检测到的风速会先升高，随着风力的推进，风电场中其他风力发电机组检测到的风速才逐渐升高，因此，可以通过判断当前时刻与上一时刻之间的风速与风向玫瑰图半径的差值是否达到预设启动风速(比如3m/s)且差值在第一预设时间段内持续增大。如果当前时刻与上一时刻之间的风速与风向玫瑰图半径的差值达到预设启动风速，说明直到一台风力发电机组检测到的风速达到预设启动风速，进一步地，如果差值持续增大，说明随着风力的推进，检测风速达到预设启动风速的风力发电机组数目逐渐增多，此时可以预测风电场起风。

由于本发明实施例采用风速与风向玫瑰图对风电场中所有风力发电机组的数据进行统计，包括将对应所属风向区间的风力发电机组风速数据的累加值作为风速与风向玫瑰图的半径，并将第一预设半径作为一台或者多台处于迎风面的风力发电机组的风速数据达到预设启动风速时，风电场中所有风力发电机组风速数据的累加值作为对风电场进行起风评估的参考半径，从而能够结合风速变化趋势对风电场进行起风评估，与对单台风力发电机组分别进行风况预测相比，不仅具有较高的风电场预测精度，而且能够降低预测所需资源和系统开发难度，十分适合推广使用。

此外，基于风速与风向玫瑰图对风电场的风况预测方式能够更直观地显示风电场的起风趋势，以便工作人员可以实时监测风电场风况。

图6为本发明又一实施例提供的风力发电机组的启动控制方法的流程示意图。图6与图3的不同之处在于，图3中的步骤302可细化为图6中的步骤3023和步骤3024，用于从启动机组数目与风向玫瑰图角度预测风电场是否起风。

在步骤3023中，根据风向数据和风速数据，绘制风电场的启动机组数目与风向玫瑰图。

其中，启动机组数目与风向玫瑰图的半径为对应所属风向区间的启动机组数目，启动机组数目为风电场中风速数据大于预设启动风速的风力发电机组数目。

图7为本发明实施例提供的启动机组数目与风向玫瑰图的示意图。其中，极坐标中的N表示正北方向(0度方向)，S表示正南方向，E表示正东方向，W表示正西方向。极坐标中的半径表示启动机组数目，半径Y1-Y5指示的启动机组数目依次递增。

如图7所示，当前时刻风电场中的所有风力发电机组均正对风向A，风向A处于北偏西10度～15度之间，P1指示的半径表示与风向区间(北偏西10度～15度)对应的启动机组数目。

在步骤3024中，根据启动机组数目与风向玫瑰图，预测风电场是否起风。

具体地，参阅图2，由于风电场起风时，处于迎风面的外围风机检测到的风速会先达到启动风速，随着阵风的推进，风电场中其他风力发电机组检测到的风速才会达到启动风速，因此，可以通过判断启动机组数目与风向玫瑰图的半径是否达到预设半径，且在第二预设时间段内持续增大；若启动机组数目与风向玫瑰图的半径达到预设半径且在第二预设时间段内持续增大，则预测风电场起风。在一示例中，预设半径可以为分布于虚线O-O线以左的风力发电机组数目。

如上所述，一方面本发明实施例是基于前向风机的风速数据来预测整个风电场的风向变化，从而能够对整个风电场中的所有风机提前进行对风偏航，提高整个风电场的发电量。另一方面本发明实施例是基于大数据，包括风电场中风力发电机组风速数据的累加值或者启动机组数目的变化，能够自动滤出个别风力发电机组风速仪故障的情况，从而对风电场起风的预测精度较高。

此外，由于本发明实施例涉及的算法简单，不需要集群控制器，不需要知道每个风力发电机组的坐标位置，不需要加装或者利用GPS定位仪等硬件，而是基于风速与风向玫瑰图或者启动机组数目与风向玫瑰图来实现对风电场的风力发电机组的启动控制，具有运算量低和开发难度低的优点，十分适合于推广使用。

图8为本发明一个实施例提供的风力发电机组的启动控制装置的结构示意图。如图8所示，该风力发电机组的启动控制装置包括获取模块801、预测模块802、偏航模块803和启动模块804。

其中，获取模块801用于获取风电场中风力发电机组的风向数据和风速数据。

预测模块802用于根据风向数据和风速数据，预测风电场是否起风。

偏航模块803用于若风电场起风，则将当前风向发送至风电场的风力发电机组，使风力发电机组根据当前风向进行偏航对风。

启动模块804用于响应于完成偏航对风，对风电场中风速数据大于预设启动风速的风力发电机组执行启动运行。

图9为本发明另一实施例提供的风力发电机组的启动控制装置的结构示意图。

图9与图8的不同之处在于，图8中的预测模块802可细化为图9中的第一绘制单元8021和第一预测单元8022。其中，第一绘制单元8021用于根据风向数据和风速数据，绘制风电场的风速与风向玫瑰图，风速与风向玫瑰图的半径为对应所属风向区间的风速数据的累加。第一预测单元8022用于根据风速与风向玫瑰图，预测风电场是否起风。

图9与图8的不同之处还在于，图8中的预测模块802还可以细化为图9中的第二绘制单元8023和第二预测单元8024。其中，第二绘制单元8023用于根据风向数据和风速数据，绘制风电场的启动机组数目与风向玫瑰图。启动机组数目与风向玫瑰图的半径为对应所属风向区间的启动机组数目，启动机组数目为风电场中风速数据大于预设启动风速的风力发电机组数目。第二预测单元8024用于根据启动机组数目与风向玫瑰图，预测风电场是否起风。

在一个可选实施例中，上述风力发电机组的启动控制装置可以是具有逻辑运算功能的独立器件。此外，从避免对现有硬件结构改造的方面考虑，上述风力发电机组的启动控制装置也可以设置在风力发电机组的主控制器或者中央监控设备103中，只需要进行简单的修改，就能实现所述功能，具有开发时间很短、工作量小的优点。

本发明实施例还提供一种风力发电机组的启动控制装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，处理器执行程序时实现如上所述的风力发电机组的启动控制方法。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，其特征在于，程序被处理器执行时实现如上所述的风力发电机组的启动控制方法。

需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。对于装置实施例而言，相关之处可以参见方法实施例的说明部分。本发明实施例并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。本领域的技术人员可以在领会本发明实施例的精神之后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。

以上所述的结构框图中所示的功能块可以实现为硬件、软件、固件或者它们的组合。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(ASIC)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本发明实施例的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、ROM、闪存、可擦除ROM(EROM)、软盘、CD-ROM、光盘、硬盘、光纤介质、射频(RF)链路，等等。代码段可以经由诸如因特网、内联网等的计算机网络被下载。

本发明实施例可以以其他的具体形式实现，而不脱离其精神和本质特征。例如，特定实施例中所描述的算法可以被修改，而系统体系结构并不脱离本发明实施例的基本精神。因此，当前的实施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本发明实施例的范围由所附权利要求而非上述描述定义，并且，落入权利要求的含义和等同物的范围内的全部改变从而都被包括在本发明实施例的范围之中。

Claims (11)

1.一种风力发电机组的启动控制方法，其特征在于，包括：

获取风电场中风力发电机组的风向数据和风速数据；

根据所述风向数据和所述风速数据，预测所述风电场是否起风；

若所述风电场起风，则将当前风向发送至所述风电场的风力发电机组，使所述风力发电机组根据所述当前风向进行偏航对风；

响应于完成所述偏航对风，对所述风电场中风速数据大于预设启动风速的风力发电机组执行启动运行。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述风向数据和所述风速数据，预测所述风电场是否起风，包括：

根据所述风向数据和所述风速数据，绘制所述风电场的风速与风向玫瑰图，所述风速与风向玫瑰图的半径为对应所属风向区间的风速数据的累加值；

根据所述风速与风向玫瑰图，预测所述风电场是否起风。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述风速与风向玫瑰图，预测所述风电场是否起风，包括：

判断当前时刻与上一时刻之间的风速与风向玫瑰图半径的差值是否达到所述预设启动风速且所述差值在第一预设时间段内持续增大；

若当前时刻与上一时刻之间的风速与风向玫瑰图半径的差值达到所述预设启动风速且所述差值在所述第一预设时间段内持续增大，则预测所述风电场起风。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述风向数据和所述风速数据，预测所述风电场是否起风，包括：

根据所述风向数据和所述风速数据，绘制所述风电场的启动机组数目与风向玫瑰图，所述启动机组数目与风向玫瑰图的半径为对应所属风向区间的启动机组数目，所述启动机组数目为所述风电场中风速数据大于所述预设启动风速的风力发电机组数目；

根据所述启动机组数目与风向玫瑰图，预测所述风电场是否起风。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述启动机组数目与风向玫瑰图，预测所述风电场是否起风，包括：

判断所述启动机组数目与风向玫瑰图的半径是否达到预设半径，且在第二预设时间段内持续增大；

若所述启动机组数目与风向玫瑰图的半径达到所述预设半径且在所述第二预设时间段内持续增大，则预测所述风电场起风。

6.一种风力发电机组的启动控制装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取风电场中风力发电机组的风向数据和风速数据；

预测模块，用于根据所述风向数据和所述风速数据，预测所述风电场是否起风；

偏航模块，用于若所述风电场起风，则将当前风向发送至所述风电场的风力发电机组，使所述风力发电机组根据所述当前风向进行偏航对风；

启动模块，用于响应于完成所述偏航对风，对所述风电场中风速数据大于预设启动风速的风力发电机组执行启动运行。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述预测模块包括：

第一绘制单元，用于根据所述风向数据和所述风速数据，绘制所述风电场的风速与风向玫瑰图，所述风速与风向玫瑰图的半径为对应所属风向区间的风速数据的累加；

第一预测单元，用于根据所述风速与风向玫瑰图，预测所述风电场是否起风。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述预测模块还包括：

第二绘制单元，用于根据所述风向数据和所述风速数据，绘制所述风电场的启动机组数目与风向玫瑰图，所述启动机组数目与风向玫瑰图的半径为对应所属风向区间的启动机组数目，所述启动机组数目为所述风电场中风速数据大于所述预设启动风速的风力发电机组数目；

第二预测单元，用于根据所述启动机组数目与风向玫瑰图，预测所述风电场是否起风。

9.根据权利要求6-8任意一项所述的装置，其特征在于，所述装置设置在所述风力发电机组的主控制器或者所述风电场的中央监控设备中。

10.一种风力发电机组的启动控制装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-5任意一项所述的风力发电机组的启动控制方法。

11.一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1-5任意一项所述的风力发电机组的启动控制方法。