CN109236717B - 风机控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提出了一种风机控制系统及方法，涉及风机控制领域，该系统包括控制设备、测风设备及风机控制器，测风设备获得当前测风数据并发送给控制设备，其中，当前测风数据为位于风机的上风处的数据；控制设备则依据预设的风速估计模型处理当前测风数据，生成当前估计风速；控制设备还依据当前估计风速及接收风机反馈的当前输出功率得到当前风速‑功率曲线；且在控制设备判定当预设风速‑功率曲线与当前风速‑功率曲线的差值小于预设阈值时，将当前估计风速发送给风机控制器，以使风机控制器依据当前估计风速控制风机。本发明实施例所提供的一种风机控制系统及方法，提升了风机工作时的发电性能和安全性。

Description

风机控制系统及方法

技术领域

本发明涉及风机控制领域，具体而言，涉及一种风机控制系统及方法。

背景技术

风机设备上测量的参数一般包括转速、转矩、功率及桨距角等，现有技术中的风机控制是将风机设备上测得的参数作为输入量输入到预设的风速估计模型中，得到预测的风速，然后根据得到的预测风速来控制风机设备，其中，该预设的风速估计模型在单台风机上应用，且输入量为单台风机的测量参数。

发明内容

本发明的目的在于提供一种风机控制系统及方法，提升了风机工作时的发电性能和安全性。

为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种风机控制系统，包括控制设备、测风设备及风机控制器，所述控制设备与所述测风设备及所述风机控制器均建立通信，所述控制设备中预设有风速估计模型；所述测风设备用于获得当前测风数据并发送给所述控制设备，其中，所述当前测风数据为位于所述风机的上风处的数据；所述控制设备用于依据所述预设的风速估计模型处理所述当前测风数据，生成当前估计风速；所述控制设备还用于，接收所述风机所反馈的当前输出功率；所述控制设备还用于，依据所述当前估计风速及所述当前输出功率得到当前风速-功率曲线；所述控制设备还用于，判断预设风速-功率曲线与所述当前风速-功率曲线的差值是否小于预设阈值；所述控制设备还用于，当所述预设风速-功率曲线与所述当前风速-功率曲线的差值小于所述预设阈值时，将所述当前估计风速发送给所述风机控制器；所述风机控制器用于依据所述当前估计风速控制所述风机。

第二方面，本发明实施例提供了一种风机控制方法，应用于上述的风机控制系统，所述方法包括：所述测风设备获得当前测风数据并发送给所述控制设备，其中，所述当前测风数据为位于所述风机的上风处的数据；所述控制设备依据所述预设的风速估计模型处理所述当前测风数据，生成当前估计风速；所述控制设备接收所述风机所反馈的当前输出功率；所述控制设备依据所述当前估计风速及所述当前输出功率得到当前风速-功率曲线；所述控制设备判断预设风速-功率曲线与所述当前风速-功率曲线的差值是否小于预设阈值；当所述预设风速-功率曲线与所述当前风速-功率曲线的差值小于所述预设阈值时，所述控制设备将所述当前估计风速发送给所述风机控制器；所述风机控制器依据所述当前估计风速控制所述风机。

相对于现有技术，本发明实施例所提供的一种风机控制系统及方法，控制设备依据接收到测风设备发送的当前测风数据以及风机反馈的当前输出功率，生成当前风速-功率曲线，并在判定当前风速-功率曲线与预设风速-功率曲线两者的差值小于预设阈值时，将该当前估计风速发送给风机控制器，以使风机控制器按照该当前估计风速控制风机工作，相比于现有技术，使控制设备在判定预设风速-功率曲线与当前风速-功率曲线的差值小于预设阈值时，风机控制器按照位于风机上风处测得的当前测风数据在预设的风速估计模型下处理得到当前估计风机与风机的当前输出功率所得到的当前风速-功率曲线控制风机工作，能够减小极端运行阵风、极端湍流风况等引起的风机停机，提升了风机工作时的发电性能及安全性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1示出了本发明实施例所提供的一种风机控制系统的一种示意性结构图；

图2示出了本发明实施例所提供的一种风机控制方法的一种示意性流程图。

图中：10-风机控制系统；20-风机；100-测风设备；200-控制设备；300-风机控制器。

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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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，可以是两个元件内部的连通。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。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

上述现有技术的方案中，由于控制设备将测得的测风数量作为输入量输入到预设的风速估计模型后，直接利用该预测风速控制风机设备，但该预测风速是依据风速估计模型对测风数据进行处理得到的动态调节量，这与后续时刻上风处到达风机出的实际风速可能并不一致，可能会导致风机在极端运行阵风或者是极端湍流风况下停机。

基于上述现有技术的缺陷，本发明实施例所提供的一种改进方式为：控制设备200依据接收到测风设备100发送的当前测风数据以及风机20反馈的当前输出功率，生成当前风速-功率曲线，并在判定当前风速-功率曲线与预设风速-功率曲线两者的差值小于预设阈值时，将该当前估计风速发送给风机控制器300，以使风机控制器300按照该当前估计风速控制风机20工作。

请参阅图1，图1示出了本发明实施例所提供的一种风机控制系统10的一种示意性结构图，在本发明实施例中，该风机控制系统10包括控制设备200、测风设备100及风机控制器300，其中，该风机控制器300用于控制风机20运转工作，控制设备200与测风设备100及风机控制器300均建立通信，且控制设备200中预设有风速估计模型，该预设的风速估计模型用于依据测风数据来预测下一时刻到达风机20处的估计风速。

在本发明实施例中，控制设备200为该风机控制系统10的主要控制中心，比如该控制设备200可以为整个风场的控制中心，作为风场控制器以控制整个风场的风机20进行工作，即接收测风设备100的测风数据后依据该测风数据向风机控制器300发送控制指令，以使风机控制器300依据该控制指令控制风机20工作。

可选地，作为一种实施方式，在本发明实施例中，风机控制器300可设置有多个，且多个风机控制器300与多个风机20一一对应，此时，控制设备200中则预设有多个风速估计模型，且多个预设的风速估计模型跟多个风机控制器300分别一一对应，也就是说，不同的风机控制器300控制不同的风机20工作，而不同的风机控制器300所对应的风速估计模型则用于为唯一对应的风机20计算估计风速，进而使相应的风机控制器300依据所接收的控制指令控制相应的风机20进行工作。

并且，值得说明的是，在本发明实施例其他的一些实施方式中，风速估计模型还可以设置在风机控制器300中，此时，一个风机控制器300则预设一个风速估计模型即可。

在本发明实施例中，测风设备100用于获得当前测风数据并发送给控制设备200，其中，该当前测风数据为位于风机20的上风处的数据，可以理解，由于该当前测风数据为位于风机20的上风处的数据，则在后续时刻到达风机20处的风速则为该当前测风数据中的风速。

可选地，作为一种实施方式，测风设备100可以设置为测风塔或者测风雷达，比如当测风设备100设置为测风塔时，将测风塔布设在风机20的上风处，以采集位于风机20的上风处的测风数据，进而使测风设备100测得的当前测风数据为后续时刻将要到达风机20处的风速；或者是，当测风设备100设置为测风雷达时，测风雷达的测风目标为风机20的上风处，以使测风雷达所获得的当前测风数据为位于风机20上风处的数据。

在本发明实施例中，控制设备200在接收到测风设备100所发送的当前测风数据后，即以控制设备200中预设的风速估计模型处理该当前测风数据，生成当前估计风速，也就是依据该当前测风数据，模拟风机20在该当前测风数据中的风速到达时风机20在工作时的风速大小。

可选地，作为一种实施方式，该预设的风速估计模型为预设的神经网络模型，该预设的神经网络模型的输入为历史数据和当前数据，其中，历史数据及当前数据分别为在历史时刻以及当前时刻各自的测风数据、风机数据等，这些测风数据和风机数据可来自测风塔、激光雷达、风机、SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition，数据采集与监视控制系统)，输出则为当前估计风速。

并且，该预设的神经网络模型在训练时，训练结束的标准为，经训练数据训练后模型，得到的估计风速和功率所构成的估计风速-功率曲线与预设的风速-功率曲线的差值小于预设的阈值。

在本发明实施例中，控制设备200还实时接收风机20反馈的当前输出功率，该当前输出功率为风机20在当前时刻的实时功率。并且，控制设备200依据得到的当前估计风速和当前输出功率生成当前风速-功率曲线，该曲线用于表征风机20在预设时间段内风速与功率的变化规律，其中，生成曲线时可以参照当前时刻往前的预设时间段内的所有测风数据以及风机20在该时间段内每一时刻的实时功率，然后结合当前时刻的当前测风数据及当前输出功率，进而得到该当前风速-功率曲线。

在本发明实施例中，控制设备200得到该当前风速-功率曲线后，依据控制设备200中预设的风速-功率曲线，计算该预设风速-功率曲线与该当前风速-功率曲线的差值，该预设风速-功率曲线表征风机20在标准工况下的风速与功率的曲线关系，它可以是工作人员在控制设备200中预存的固定曲线，也可以是工作人员在风场设定的标准风机20的风速-功率曲线；而计算得到的差值表征的是当前风速-功率曲线与预设风速-功率曲线之间的差值，并且，由于当前风速-功率曲线在坐标系下表示时可能会高于预设风速-功率曲线也有可能低于预设风速-功率曲线，因此将计算得到的差值取绝对值，它表征的是在当前时刻风机20的风速和功率的曲线关系与标准的风速-功率曲线两者的差值，当该计算得到的差值越小，表征当前风速-功率曲线与标准风速-功率曲线越接近，反之计算得到的差值越大，表征当前风速-功率曲线与标准风速-功率曲线距离越远。

因此，控制设备200在计算得到预设风速-功率曲线与当前风速-功率曲线的差值后，判断该预设风速-功率曲线与当前风速-功率曲线的差值是否小于预设阈值，该预设阈值表征的是当前风速-功率曲线与预设风速-功率曲线两者差值的最大上限，当预设风速-功率曲线与当前风速-功率曲线的差值小于该预设阈值时，表征当前风速-功率曲线与预设风速-功率曲线两者的差值在所允许的误差范围内，此时控制设备200则将当前风速-功率曲线发送给风机控制器300。

相应地，风机控制器300在接收到控制设备200所发送的当前风速-功率曲线后，则依据该当前风速-功率曲线控制风机20工作，具体地说，按照当前风速-功率曲线中的预计风速，控制变桨执行机构或变流器调整风机20的变桨或转矩，以减少极端运行阵风或者是极端湍流风况引起的停机。

基于上述设计，本发明实施例所提供的一种风机控制系统10，控制设备200依据接收到测风设备100发送的当前测风数据以及风机20反馈的当前输出功率，生成当前风速-功率曲线，并在判定当前风速-功率曲线与预设风速-功率曲线两者的差值小于预设阈值时，将该当前风速-功率曲线发送给风机控制器300，以使风机控制器300按照该当前风速-功率曲线控制风机20工作，相比于现有技术，使控制设备200在判定预设风速-功率曲线与当前风速-功率曲线的差值小于预设阈值时，风机控制器300按照位于风机20上风处测得的当前测风数据在预设的风速估计模型下处理得到当前估计风速与风机20的当前输出功率所得到的当前风速-功率曲线控制风机20工作，能够减小极端运行阵风、极端湍流风况等引起的风机20停机，提升了风机20工作时的发电性能和安全性。

相应地，风机控制器300在接收到预设风速-功率曲线后，则依据该预设风速-功率曲线控制风机20工作，具体地说，按照预设风速-功率曲线中当前输出功率所对应的风速，控制变桨执行机构或变流器调整风机20的变桨或转矩。

可选地，作为一种实施方式，在本发明实施例中，当预设风速-功率曲线与当前风速-功率曲线的差值大于或等于该预设阈值时，表征当前风速-功率曲线与预设风速-功率曲线两者的差值已经超过了所允许的误差范围，也就是说，当前控制设备200中预设的风速估计模型所预测的估计风速与实际的标准两者的误差较大，不能满足风速估计需求，此时控制设备200则依据用户输入的调整参数，更新预设的风速估计模型，以使控制设备200以更新后的风速估计模型对下一时刻接收的测风数据进行处理，进而得到下一时刻的估计风速。

基于上述设计，本发明实施例所提供的一种风机控制系统10，通过在控制设备200判定预设风速-功率曲线与当前风速-功率曲线的差值大于或等于预设阈值时，依据用户输入的调整参数，以更新控制设备200中预设的风速估计模型，以使控制设备200以该更新后的风速估计模型对下一时刻接收的测风数据进行处理，进而使得到下一时刻的估计风速时依据下一时刻的估计风速和输出功率得到生成的风速-功率曲线与预设风速-功率曲线更接近。

请参阅图2，图2示出了本发明实施例所提供的一种风机控制方法的一种示意性流程图，该风机控制方法应用于上述的风机控制系统10，在本发明实施例中，该风机控制方法包括以下步骤：

步骤S100，测风设备获得当前测风数据并发送给控制设备。

步骤S200，控制设备依据预设的风速估计模型处理当前测风数据，生成当前估计风速。

步骤S300，控制设备接收风机所反馈的当前输出功率。

步骤S400，控制设备依据当前估计风速及当前输出功率得到当前风速-功率曲线。

步骤S500，控制设备判断预设风速-功率曲线与当前风速-功率曲线的差值是否小于预设阈值；当为是时，执行步骤S511；当为否时，执行步骤S521。

步骤S511，控制设备将当前风速-功率曲线发送给风机控制器。

步骤S512，风机控制器依据当前风速-功率曲线控制风机。

步骤S521，控制设备依据用户输入的调整参数，更新预设的风速估计模型。

综上所述，本发明实施例所提供的一种风机控制系统及方法，控制设备200依据接收到测风设备100发送的当前测风数据以及风机20反馈的当前输出功率，生成当前风速-功率曲线，并在判定当前风速-功率曲线与预设风速-功率曲线两者的差值小于预设阈值时，将该当前风速-功率曲线发送给风机控制器300，以使风机控制器300按照该当前风速-功率曲线控制风机20工作，相比于现有技术，使控制设备200在判定预设风速-功率曲线与当前风速-功率曲线的差值小于预设阈值时，风机控制器300按照位于风机20上风处测得的当前测风数据在预设的风速估计模型下处理得到当前估计风机20与风机20的当前输出功率所得到的当前风速-功率曲线控制风机20工作，能够减小极端运行阵风、极端湍流风况等引起的风机20停机，提升了风机20工作时的发电性能和安全性；还通过在控制设备200判定预设风速-功率曲线与当前风速-功率曲线的差值大于或等于预设阈值时，依据用户输入的调整参数，以更新控制设备200中预设的风速估计模型，以使控制设备200以该更新后的风速估计模型对下一时刻接收的测风数据进行处理，进而使得到下一时刻的估计风速时依据下一时刻的估计风速和输出功率得到生成的风速-功率曲线与预设风速-功率曲线更接近。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种风机控制系统，其特征在于，包括控制设备、测风设备及风机控制器，所述控制设备与所述测风设备及所述风机控制器均建立通信，所述控制设备中预设有风速估计模型；

所述测风设备用于获得当前测风数据并发送给所述控制设备，其中，所述当前测风数据为位于所述风机的上风处的数据；

所述控制设备用于依据预设的所述风速估计模型处理所述当前测风数据，生成当前估计风速；

所述控制设备还用于，接收所述风机所反馈的当前输出功率；

所述控制设备还用于，依据所述当前估计风速及所述当前输出功率得到当前风速-功率曲线；

所述控制设备还用于，判断预设风速-功率曲线与所述当前风速-功率曲线的差值是否小于预设阈值；

所述控制设备还用于，当所述预设风速-功率曲线与所述当前风速-功率曲线的差值小于所述预设阈值时，将所述当前估计风速发送给所述风机控制器；

所述风机控制器用于依据所述当前估计风速控制所述风机。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述控制设备还用于，当所述预设风速-功率曲线与所述当前风速-功率曲线的差值大于或等于所述预设阈值时，依据用户输入的调整参数，更新预设的所述风速估计模型。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，预设的所述风速估计模型为预设的神经网络模型。

4.如权利要求1或2或3所述的系统，其特征在于，所述风机控制器设置有多个，且多个所述风机控制器与多个风机一一对应；

所述控制设备中预设有多个所述风速估计模型，多个所述风速估计模型与多个所述风机控制器一一对应。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述测风设备为测风塔或测风雷达。

6.一种风机控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1-5中任一项所述的风机控制系统，所述方法包括：

所述测风设备获得当前测风数据并发送给所述控制设备，其中，所述当前测风数据为位于所述风机的上风处的数据；

所述控制设备依据预设的所述风速估计模型处理所述当前测风数据，生成当前估计风速；

所述控制设备接收所述风机所反馈的当前输出功率；

所述控制设备依据所述当前估计风速及所述当前输出功率得到当前风速-功率曲线；

所述控制设备判断预设风速-功率曲线与所述当前风速-功率曲线的差值是否小于预设阈值；

当所述预设风速-功率曲线与所述当前风速-功率曲线的差值小于所述预设阈值时，所述控制设备将所述当前估计风速发送给所述风机控制器；

所述风机控制器依据所述当前估计风速控制所述风机。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

当所述预设风速-功率曲线与所述当前风速-功率曲线的差值大于或等于所述预设阈值时，所述控制设备依据用户输入的调整参数，更新预设的所述风速估计模型。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，预设的所述风速估计模型为预设的神经网络模型。

9.如权利要求6或7或8所述的方法，其特征在于，所述风机控制器设置有多个，且多个所述风机控制器与多个风机一一对应；

所述控制设备中预设有多个所述风速估计模型，多个预设的所述风速估计模型与多个所述风机控制器一一对应。

10.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述测风设备为测风塔或测风雷达。

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