CN109958579A - 风力发电机组的尾流控制方法和装置 - Google Patents

风力发电机组的尾流控制方法和装置 Download PDF

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Abstract

提供一种风力发电机组的尾流控制方法和装置，所述尾流控制方法包括：确定当前的风向；确定当前的风向偏离预定方向的角度值，所述预定方向为从所述上游风力发电机组所在位置到下游风力发电机组所在位置的连线方向；根据所述角度值与设定角度阈值的比较结果选择针对所述上游风力发电机组的控制方式，以基于选择的控制方式来控制所述上游风力发电机组运行。采用本发明示例性实施例的风力发电机组的尾流控制方法和装置，能够根据当前的风向偏离预定方向的角度值的变化来选择适合于变化的角度值的用于减少上游风力发电机组所形成的尾流对下游风力发电机组的影响的尾流控制方式。

Description

风力发电机组的尾流控制方法和装置
技术领域
本发明总体说来涉及风力发电技术领域，更具体地讲，涉及一种风力发电机组的尾流控制方法和装置。
背景技术
风力发电机组是一种把流动空气中的风能转换为电能的装置。风力发电机组吸收空气中部分能量并施加扰动后，会在风力发电机组的下游形成受风力发电机组影响的尾流区，相对于自由来流，尾流区中空气速度减小，湍流度增大。风场中的风力发电机组会受到附近其他风力发电机组尾流的影响，造成发电量损失，也会增大疲劳载荷，影响风力发电机组的使用寿命。
为减小风场中尾流的不利影响，现有技术中一般采用风电场优化控制的方法提高风电场发电量，降低风力发电机组载荷。其优化控制的核心思路是使部分风力发电机组、尤其是上游风力发电机组偏离最优运行状态，减小上游风力发电机组所形成的尾流对下游风力发电机组的影响，以提高下游风力发电机组的发电量，最终提高整个风电场的发电量，同时减小了下游风力发电机组的载荷。
目前使风力发电机组偏离最优运行状态的方法包括改变叶轮转速、调整偏航角度和调整叶片桨距角。
但是通过调整偏航角度来使风力发电机组偏离最优运行状态的方法在尾流控制过程中随着来流风向的变化偏航角度会发生急速变化，这不利于风力发电机组的稳定运行。而且如设置较大的偏航偏角则会使上游风力发电机组偏离最优运行状态更远，会造成上游风力发电机组自身更大的发电量损失。
而降低叶轮转速和增大桨距角的尾流控制方式可在一定程度上减小上游风力发电机组尾流对下游机组的影响，但却无法完全避免，尾流控制效果相对偏航控制小。在下游风力发电机组部分处于上游风力发电机组尾流区时，风轮在运行过程中仍会由于上游风力发电机组尾流影响发生疲劳载荷显著增大的情况。
发明内容
本发明的示例性实施例的目的在于提供一种风力发电机组的尾流控制方法和装置，能够基于当前的风向偏离预定方向的角度值的变化来选择合适的尾流控制方式，以减少在尾流控制过程中上游风力发电机组的发电量损失，并提升风电场的整体发电量。
根据本发明示例性实施例的一方面，提供一种风力发电机组的尾流控制方法，所述尾流控制方法包括：确定当前的风向；确定当前的风向偏离预定方向的角度值，所述预定方向为从上游风力发电机组所在位置到下游风力发电机组所在位置的连线方向；根据所述角度值与设定角度阈值的比较结果选择针对所述风力发电机组的控制方式，以基于选择的控制方式来控制所述上游风力发电机组运行。
可选地，根据所述角度值与设定角度阈值的比较结果选择针对所述上游风力发电机组的控制方式的步骤可包括：针对下游风力发电机组的轮毂中心处于所述上游风力发电机组所形成的尾流的中心线，风向偏离所述预定方向的角度值为零的情况，如果所述角度值的绝对值大于所述设定角度阈值，则通过偏航控制方式控制所述上游风力发电机组运行；如果所述角度值的绝对值不大于所述设定角度阈值，则通过组合控制方式控制所述上游风力发电机组运行。
可选地，通过偏航控制方式控制所述上游风力发电机组运行的步骤可包括：基于所述上游风力发电机组的尾流模型确定设定偏航角度值，控制所述上游风力发电机组旋转所述设定偏航角度值，其中，所述设定偏航角度值可为基于当前的风向使所述尾流完全偏离下游风力发电机组所需的偏航角度，或者，可控制所述上游风力发电机组逐步旋转预定偏航角度，直至从下游风力发电机组接收到指示所述尾流完全偏离下游风力发电机组的消息。
可选地，所述组合控制方式可包括以下控制方式中的至少两项：偏航控制方式、转速控制方式、桨距角控制方式。
可选地，通过组合控制方式控制所述上游风力发电机组运行的步骤可包括：确定组合控制方式中的每种控制方式所对应的控制参数；为每种控制方式设置权重值，以基于每种控制方式所对应的控制参数以及对应的权重值来控制所述上游风力发电机组运行。
可选地，偏航控制方式所对应的控制参数可为，在风向偏离所述预定方向的角度值的绝对值为所述设定角度阈值时，使所述尾流完全偏离下游风力发电机组所需的偏航角度；桨距角控制方式所对应的控制参数可为，在风向偏离所述预定方向的角度值为零时，使所述尾流速度亏损减小预定幅度所需的叶片桨距角的增加角度；转速控制方式所对应的控制参数可为，在风向偏离所述预定方向的角度值为零时，使所述尾流速度亏损减小所述预定幅度所需的叶轮转速的减小速度。
可选地，所述角度值的绝对值越大与偏航控制方式对应的权重值可越大，所述角度值的绝对值越大与桨距角控制方式对应的权重值可越小，所述角度值的绝对值越大与转速控制方式对应的权重值可越小，其中，各权重值的取值范围均可为大于零且小于1。
可选地，与桨距角控制方式对应的权重值与所述角度值的绝对值之间的关系或者与转速控制方式对应的权重值与所述角度值的绝对值之间的关系可符合高斯分布曲线的变化规律或余弦函数曲线的变化规律。
可选地，根据所述角度值与设定角度阈值的比较结果确定针对所述上游风力发电机组的控制方式的步骤可包括：针对下游风力发电机组的轮毂中心处于所述上游风力发电机组所形成的尾流的中心线，风向偏离所述预定方向的角度值非零的情况，基于所述上游风力发电机组的尾流模型，确定下游风力发电机组的轮毂中心处于所述尾流的中心线时风向偏离所述预定方向的角度值，将确定的角度值作为偏移角度值；如果当前的风向偏离所述预定方向的角度值与偏移角度值的差的绝对值大于所述设定角度阈值，则通过偏航控制方式控制所述上游风力发电机组运行；如果当前的风向偏离所述预定方向的角度值与偏移角度值的差的绝对值不大于所述设定角度阈值，则通过组合控制方式控制所述上游风力发电机组运行。
根据本发明示例性实施例的另一方面，提供一种风力发电机组的尾流控制装置，所述尾流控制装置包括：风向确定模块，确定当前的风向；角度确定模块，确定当前的风向偏离预定方向的角度值，所述预定方向为从上游风力发电机组所在位置到下游风力发电机组所在位置的连线方向；运行控制模块，根据所述角度值与设定角度阈值的比较结果选择针对所述上游风力发电机组的控制方式，以基于选择的控制方式来控制所述上游风力发电机组运行。
可选地，针对下游风力发电机组的轮毂中心处于所述上游风力发电机组所形成的尾流的中心线，风向偏离所述预定方向的角度值为零的情况，如果所述角度值的绝对值大于所述设定角度阈值，则运行控制模块可通过偏航控制方式控制所述上游风力发电机组运行，如果所述角度值的绝对值不大于所述设定角度阈值，则运行控制模块可通过组合控制方式控制所述上游风力发电机组运行。
可选地，运行控制模块可基于所述上游风力发电机组的尾流模型确定设定偏航角度值，控制所述上游风力发电机组旋转所述设定偏航角度值，其中，所述设定偏航角度值可为基于当前的风向使所述尾流完全偏离下游风力发电机组所需的偏航角度，或者，运行控制模块可控制所述上游风力发电机组逐步旋转预定偏航角度，直至从下游风力发电机组接收到指示所述尾流完全偏离下游风力发电机组的消息。
可选地，所述组合控制方式包括以下控制方式中的至少两项：偏航控制方式、转速控制方式、桨距角控制方式。
可选地，运行控制模块包括：控制参数确定子模块，确定组合控制方式中的每种控制方式所对应的控制参数；运行子模块，为每种控制方式设置权重值，以基于每种控制方式所对应的控制参数以及对应的权重值来控制所述上游风力发电机组运行。
可选地，偏航控制方式所对应的控制参数可为，在风向偏离所述预定方向的角度值的绝对值为所述设定角度阈值时，使所述尾流完全偏离下游风力发电机组所需的偏航角度；桨距角控制方式所对应的控制参数可为，在风向偏离所述预定方向的角度值为零时，使所述尾流速度亏损减小预定幅度所需的叶片桨距角的增加角度；转速控制方式所对应的控制参数可为，在风向偏离所述预定方向的角度值为零时，使所述尾流速度亏损减小所述预定幅度所需的叶轮转速的减小速度。
可选地，所述角度值的绝对值越大与偏航控制方式对应的权重值可越大，所述角度值的绝对值越大与桨距角控制方式对应的权重值可越小，所述角度值的绝对值越大与转速控制方式对应的权重值可越小，其中，各权重值的取值范围均可为大于零且小于1。
可选地，与桨距角控制方式对应的权重值与所述角度值的绝对值之间的关系，或者与转速控制方式对应的权重值与所述角度值的绝对值之间的关系可符合高斯分布曲线的变化规律或余弦函数曲线的变化规律。
可选地，针对下游风力发电机组的轮毂中心处于所述上游风力发电机组所形成的尾流的中心线，风向偏离所述预定方向的角度值非零的情况，运行控制模块可基于所述上游风力发电机组的尾流模型，确定下游风力发电机组的轮毂中心处于所述尾流的中心线时风向偏离所述预定方向的角度值，将确定的角度值作为偏移角度值；如果当前的风向偏离所述预定方向的角度值与偏移角度值的差的绝对值大于所述设定角度阈值，则运行控制模块可通过偏航控制方式控制所述上游风力发电机组运行；如果当前的风向偏离所述预定方向的角度值与偏移角度值的差的绝对值不大于所述设定角度阈值，则运行控制模块可通过组合控制方式控制所述上游风力发电机组运行。
根据本发明示例性实施例的再一方面，提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，当所述计算机程序在被处理器执行时实现上述的风力发电机组的尾流控制方法。
根据本发明示例性实施例的再一方面，提供一种计算装置，所述计算装置包括：处理器；存储器，存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现上述的风力发电机组的尾流控制方法。
采用本发明示例性实施例的风力发电机组的尾流控制方法和装置，能够根据当前的风向偏离预定方向的角度值的变化来选择适合于变化的角度值的用于减少风力发电机组所形成的尾流对下游风力发电机组的影响的尾流控制方式。
附图说明
通过下面结合示例性地示出实施例的附图进行的详细描述，本发明示例性实施例的上述和其它目的、特点和优点将会变得更加清楚。
图1示出根据本发明示例性实施例的风力发电机组的示意图；
图2示出根据本发明示例性实施例的风力发电机组的尾流控制方法的流程图；
图3示出根据本发明示例性实施例的组合控制方式的步骤的流程图；
图4示出根据本发明示例性实施例的偏航控制方式所对应的权重值与风向偏离预定方向的角度值之间的关系以及变桨控制方式的权重值与风向偏离预定方向的角度值之间的关系的示意图；
图5示出根据本发明示例性实施例的偏航角度随风向偏离预定方向的角度值变化的曲线图；
图6示出根据本发明示例性实施例的风力发电机组的尾流控制装置的结构图；
图7示出根据本发明示例性实施例的运行控制模块的结构图。
具体实施方式
现在，将参照附图更充分地描述不同的示例实施例，一些示例性实施例在附图中示出。
图1示出根据本发明示例性实施例的风力发电机组的示意图。
如图1所示，风力发电机组1由塔架2、机舱3和叶轮4组成，叶轮4包括轮毂5和叶片6。风力发电机组1运行时，可利用采用布置在机舱3上的测风设备7(如风速仪风向标或激光雷达等)测量来流8，可测得来流8的风速或风向，经控制系统(未标出)确定单台风力发电机组的最优运行状态，并通过相关机构调节，包括调整叶轮4绕转轴9旋转的转速、使机舱3绕偏航轴线10旋转以调整偏航角度、使叶片6绕变桨轴线11旋转以调整叶片桨距角，来改变风力发电机组1的运行状态。
在风力发电机组的尾流控制过程中通常是使上游风力发电机组偏离最优运行状态，以减小上游风力发电机组所形成的尾流对下游风力发电机组的影响，从而提高下游风力发电机组的发电量，在最终提高整个风电场的发电量的同时，减小了下游风力发电机组的载荷。
下面参照图2来介绍针对上游风力发电机组(即，本实施例中的风力发电机组)的尾流控制过程。
图2示出根据本发明示例性实施例的风力发电机组的尾流控制方法的流程图。
参照图2，在步骤S10中，确定当前的风向。
例如，以图1所示的风力发电机组1为例，可利用布置在风力发电机组1的机舱3上的测风设备7对来流8进行测量以获得当前的风向，在步骤S10中可基于测风设备7的测量结果来确定当前的风向。
在步骤S20中，确定当前的风向偏离预定方向的角度值。这里，预定方向为从上游风力发电机组所在位置到下游风力发电机组(可将处于上游风力发电机组的背风面的风力发电机组作为下游风力发电机组)所在位置的连线方向。作为示例，上游风力发电机组所在位置到下游风力发电机组所在位置的连线可指两个风力发电机组的轮毂中心的连线或者机位点的连线。
作为示例，当前的风向偏离预定方向的角度值可指当前的风向沿顺时针方向偏离预定方向的角度值或当前的风向沿逆时针方向偏离预定方向的角度值。也就是说，如果以顺时针方向为正方向，则当前的风向沿顺时针方向偏离预定方向的角度值为正值，当前的风向沿逆时针方向偏离预定方向的角度值为负值。
在步骤S30中，根据当前的风向偏离预定方向的角度值与设定角度阈值的比较结果选择针对上游风力发电机组的控制方式，以基于选择的控制方式来控制上游风力发电机组运行，以使上游风力发电机组在确定的控制方式下减小上游风力发电机组所形成的尾流对下游风力发电机组的影响。
作为示例，设定角度阈值可根据本领域技术人员的经验值来确定。例如，可通过参考下述因素来确定设定角度阈值：当风向发生变化时，在仅通过偏航控制方式来使上游风力发电机组所形成的尾流偏离下游风力发电机组的情况下，综合考虑上游风力发电机组损失的发电量、下游风力发电机组受上游风力发电机组所形成的尾流影响的程度、上游风力发电机组控制状态的稳定性、上游风力发电机组与下游风力发电机组之间的相对位置来确定设定角度阈值的大小。
一种情况，下游风力发电机组的轮毂中心处于上游风力发电机组所形成的尾流的中心线时风向偏离预定方向的角度值为零。
在此情况下，根据当前的风向偏离预定方向的角度值与设定角度阈值的比较结果选择针对上游风力发电机组的控制方式的步骤可包括：如果该角度值的绝对值大于设定角度阈值，则通过偏航控制方式控制上游风力发电机组运行，如果该角度值的绝对值不大于设定角度阈值，则通过组合控制方式控制上游风力发电机组运行。
另一种情况，下游风力发电机组的轮毂中心处于上游风力发电机组所形成的尾流的中心线时风向偏离预定方向的角度值不为零(非零)。
这是由于考虑到地球自转的科氏力作用及叶轮旋转的诱导作用，当风向偏离预定方向的角度值为零时，上游风力发电机组所形成的尾流的中心线会有所偏移。
在此情况下，根据当前的风向偏离预定方向的角度值与设定角度阈值的比较结果选择针对上游风力发电机组的控制方式的步骤可包括：确定下游风力发电机组的轮毂中心处于上游风力发电机组所形成的尾流的中心线时风向偏离预定方向的角度值，并将确定的角度值作为偏移角度值。
如果当前的风向偏离预定方向的角度值与偏移角度值的差的绝对值大于设定角度阈值，则通过偏航控制方式控制上游风力发电机组运行，如果当前的风向偏离预定方向的角度值与偏移角度值的差的绝对值不大于设定角度阈值，则通过组合控制方式控制上游风力发电机组运行。
下面介绍通过偏航控制方式对上游风力发电机组进行尾流控制的两种实现方式。
在一个示例中，通过偏航控制方式控制上游风力发电机组运行的步骤可包括：基于上游风力发电机组的尾流模型确定设定偏航角度值，控制上游风力发电机组旋转设定偏航角度值。这里，设定偏航角度值可为基于尾流模型确定的基于当前的风向使上游风力发电机组所形成的尾流完全偏离下游风力发电机组所需的偏航角度。也就是说，在控制上游风力发电机组旋转设定偏航角度值之后，可使上游风力发电机组所形成的尾流完全偏离下游风力发电机组。
应理解，上述基于尾流模型来确定设定偏航角度值的方式仅为示例，本领域技术人员还可通过其他方法来确定设定偏航角度值，以使上游风力发电机组所形成的尾流完全偏离下游风力发电机组。
在另一示例中，通过偏航控制方式控制上游风力发电机组运行的步骤可包括：控制上游风力发电机组逐步旋转预定偏航角度，直至从下游风力发电机组接收到指示上游风力发电机组所形成的尾流完全偏离下游风力发电机组的消息时，控制上游风力发电机组机舱停止旋转。
例如，可利用布置在下游风力发电机组的机舱上的测风设备对来流进行测量以获得风速，如果测量的风速与未受尾流影响时的自然风速之差小于设定值，则可认为上游风力发电机组所形成的尾流完全偏离下游风力发电机组，此时下游风力发电机组可产生指示上游风力发电机组所形成的尾流完全偏离下游风力发电机组的消息，并将产生的消息发送到上游风力发电机组，以根据接收的消息控制上游风力发电机组机舱停止旋转。这里，下游风力发电机组可通过各种方式来确定未受尾流影响时的自然风速，本发明对此不做限定。
下面介绍通过组合控制方式对上游风力发电机组进行尾流控制的实现方式。
例如，组合控制方式可包括以下控制方式中的至少两项：偏航控制方式、转速控制方式、桨距角控制方式。优选地，由于偏航控制方式对减少上游风力发电机组所形成的尾流对下游风力发电机组的影响的效果较好，因此，在组合控制方式下可优先选择具有偏航控制方式的组合方式。作为示例，偏航控制方式与桨距角控制方式的组合控制方式所取得的尾流控制效果较好，偏航控制方式与转速控制方式的组合控制方式以及偏航控制方式与桨距角控制方式、转速控制方式的组合控制方式所取得的尾流控制效果次之。
下面参照图3介绍通过组合控制方式对上游风力发电机组进行尾流控制的步骤。
图3示出根据本发明示例性实施例的组合控制方式的步骤的流程图。
参照图3，在步骤S301中，确定组合控制方式中的每种控制方式所对应的控制参数。
作为示例，偏航控制方式所对应的控制参数可为在风向偏离预定方向的角度值的绝对值为设定角度阈值时，使上游风力发电机组所形成的尾流完全偏离下游风力发电机组所需的偏航角度。
桨距角控制方式所对应的控制参数可为在风向偏离预定方向的角度值为零时，使上游风力发电机组的尾流速度亏损减小预定幅度所需的叶片桨距角的增加角度。
转速控制方式所对应的控制参数可为在风向偏离预定方向的角度值为零时，使上游风力发电机组的尾流速度亏损减小所述预定幅度所需的叶轮转速的减小速度。
在步骤S302中，为每种控制方式设置权重值，以基于每种控制方式所对应的控制参数以及对应的权重值来控制上游风力发电机组运行。应理解，每种控制方式对应的权重值之和可为1也可不为1，本领域技术人员可根据实际需要来确定各权重值的大小。
这里，为每种控制方式设置权重值可理解成为每种控制方式所对应的控制参数设置权重值。优选地，风向偏离预定方向的角度值的绝对值越大，则与偏航控制方式对应的权重值可越大。相应地，风向偏离预定方向的角度值的绝对值越大，则与桨距角控制方式对应的权重值可越小，风向偏离预定方向的角度值的绝对值越大，则与转速控制方式对应的权重值可越小。作为示例，各权重值的取值范围可均为大于零且小于1。
优选地，与桨距角控制方式对应的权重值与当前的风向偏离预定方向的角度值的绝对值之间的关系，或者与转速控制方式对应的权重值与当前的风向偏离预定方向的角度值的绝对值之间的关系可符合高斯分布曲线的变化规律或余弦函数曲线的变化规律，然而本发明不限于此，所述关系还可符合其他光滑过渡曲线的变化规律。在此情况下，与偏航控制方式对应的权重值与当前的风向偏离预定方向的角度值的绝对值之间的关系所符合的变化规律可与上述与桨距角控制方式对应的权重值与当前的风向偏离预定方向的角度值的绝对值之间的关系或者与转速控制方式对应的权重值与当前的风向偏离预定方向的角度值的绝对值之间的关系符合的变化规律具有相反的变化趋势。
应理解，上述确定每种控制方式的控制参数，以控制上游风力发电机组执行相应地的控制参数来减少上游风力发电机组所形成的尾流对下游风力发电机组的影响的方式仅为示例，本发明不限于此。例如，还可采用累进叠加法进行组合控制，即，根据下游风力发电机组受上游风力发电机组所形成的尾流的影响情况，使得组合控制方式中的两个或多个控制方式所对应的控制参数以预定步长逐步变化，直至从下游风力发电机组接收到指示上游风力发电机组所形成的尾流对下游风力发电机组的影响程度达到预设值的消息。
下面以组合控制方式为偏航控制方式和变桨控制方式为例，来介绍确定变桨控制方式对应的权重值和偏航控制方式对应的权重值的过程。
假设当前的风向偏离预定方向的角度值γ为自变量，变桨控制方式对应的权重值τ与角度值γ之间的关系符合高斯分布曲线的变化规律，可表示为如下形式：
公式(1)中，γ为当前的风向偏离预定方向的角度值，τ(γ)为变桨控制方式对应的权重值，b为下游风力发电机组的轮毂中心处于上游风力发电机组所形成的尾流的中心线时风向偏离预定方向的角度值，在本示例中b＝0°，c为常数。
下面具体介绍常数c的计算过程。
当风向偏离预定方向的角度值γ为设定角度阈值γ0时，可任意选取一个接近于零的值作为τ的值，例如，可假设在本示例中可选取n＝1000。应理解，可根据实际需要及稳定性需求，确定适当的n的值，且n不限定为整数。
也就是说，当γ＝γ0时，则可得到：
在此情况下，变桨控制方式对应的权重值τ(γ)的表达式可如下所示：
在本示例中，如果假设偏航控制方式对应的权重值与变桨控制方式对应的权重值之和为1，则此时偏航控制方式对应的权重值为(1-τ)。此时变桨控制方式对应的权重值的变化曲线和偏航控制方式对应的权重值的变化曲线可如图4所示。
在此情况下，如果假设偏航控制方式所对应的偏航角度为桨距角控制方式所对应的叶片桨距角的增加角度为θ0，则确定进行尾流控制所需设定的上游风力发电机组的运行状态，即偏航角度可为：桨距角增加量可为：τ·θ0。采用该组合控制方式之后，进行尾流控制所需的偏航角度变化趋势可为图5所示的曲线，即风向偏离预定方向的角度值的绝对值小于设定角度阈值γ0时存在渐变区域，如图5中虚线所示，避免了单一偏航控制方式时长行程偏航情况的出现，且有利于上游风力发电机组的稳定运行。
上述根据高斯函数来确定尾流控制中偏航控制方式与变桨控制方式的权重值的方法，可实现偏航控制方式的偏航角度的连续稳定变化，能够实现偏航控制方式与变桨控制方式的组合应用。
图6示出根据本发明示例性实施例的风力发电机组的尾流控制装置的结构图。
如图6所示，根据本发明示例性实施例的风力发电机组的尾流控制装置包括风向确定模块10、角度确定模块20和运行控制模块30。
具体说来，风向确定模块10确定当前的风向。
例如，可利用布置在机舱上的测风设备对来流进行测量以获得当前的风向，风向确定模块10基于测风设备的测量结果来确定当前的风向。
角度确定模块20确定当前的风向偏离预定方向的角度值。这里，预定方向为从上游风力发电机组所在位置到下游风力发电机组所在位置的连线方向。作为示例，上游风力发电机组所在位置到下游风力发电机组所在位置的连线可指两个风力发电机组的轮毂中心的连线或者机位点的连线。
运行控制模块30根据当前的风向偏离预定方向的角度值与设定角度阈值的比较结果选择针对上游风力发电机组的控制方式，以基于选择的控制方式来控制上游风力发电机组运行，以使上游风力发电机组在确定的控制方式下减小上游风力发电机组所形成的尾流对下游风力发电机组的影响。
作为示例，设定角度阈值可根据本领域技术人员的经验值来确定。例如，可通过参考下述因素来确定设定角度阈值：当风向发生变化时，在仅通过偏航控制方式来使上游风力发电机组所形成的尾流偏离下游风力发电机组的情况下，综合考虑上游风力发电机组损失的发电量、下游风力发电机组受风力发电机组所形成的尾流影响的程度、上游风力发电机组控制状态的稳定性、上游风力发电机组与下游风力发电机组之间的相对位置来确定设定角度阈值的大小。
一种情况，下游风力发电机组的轮毂中心处于上游风力发电机组所形成的尾流的中心线时风向偏离预定方向的角度值为零。
在此情况下，如果当前的风向偏离预定方向的角度值的绝对值大于设定角度阈值，则运行控制模块30通过偏航控制方式控制上游风力发电机组运行，如果该角度值的绝对值不大于设定角度阈值，则运行控制模块30通过组合控制方式控制上游风力发电机组运行。
另一种情况，下游风力发电机组的轮毂中心处于上游风力发电机组所形成的尾流的中心线时风向偏离预定方向的角度值不为零(非零)。
在此情况下，运行控制模块30基于上游风力发电机组的尾流模型，确定下游风力发电机组的轮毂中心处于上游风力发电机组所形成的尾流的中心线时风向偏离预定方向的角度值，将确定的角度值作为偏移角度值。
如果当前的风向偏离预定方向的角度值与偏移角度值的差的绝对值大于设定角度阈值，则运行控制模块30可通过偏航控制方式控制上游风力发电机组运行。如果当前的风向偏离预定方向的角度值与偏移角度值的差的绝对值不大于设定角度阈值，则运行控制模块30可通过组合控制方式控制上游风力发电机组运行。
下面介绍运行控制模块30通过偏航控制方式来控制上游风力发电机组运行以减少上游风力发电机组所形成的尾流对下游风力发电机组的影响的两种实现方式。
在一个示例中，运行控制模块30可基于上游风力发电机组的尾流模型确定设定偏航角度值，控制上游风力发电机组旋转设定偏航角度值。这里，设定偏航角度值可为基于尾流模型确定的基于当前的风向使上游风力发电机组所形成的尾流完全偏离下游风力发电机组所需的偏航角度。也就是说，在运行控制模块30控制上游风力发电机组旋转设定偏航角度值之后，可使上游风力发电机组所形成的尾流完全偏离下游风力发电机组。
在另一示例中，运行控制模块30控制上游风力发电机组逐步旋转预定偏航角度，直至从下游风力发电机组接收到指示上游风力发电机组所形成的尾流完全偏离下游风力发电机组的消息时，控制上游风力发电机组机舱停止旋转。
下面介绍运行控制模块30通过组合控制方式对上游风力发电机组进行尾流控制的实现方式。
作为示例，组合控制方式可包括以下控制方式中的至少两项：偏航控制方式、转速控制方式、桨距角控制方式。
下面参照图7介绍运行控制模块30通过组合控制方式对上游风力发电机组进行尾流控制的过程。
图7示出根据本发明示例性实施例的运行控制模块30的结构图。
如图7所示，根据本发明示例性实施例的运行控制模块30可包括控制参数确定子模块301和运行子模块302。
具体说来，控制参数确定子模块301确定组合控制方式中的每种控制方式所对应的控制参数。
作为示例，偏航控制方式所对应的控制参数可为在风向偏离预定方向的角度值的绝对值为设定角度阈值时，使上游风力发电机组所形成的尾流完全偏离下游风力发电机组所需的偏航角度。
桨距角控制方式所对应的控制参数可为在风向偏离预定方向的角度值为零时，使上游风力发电机组的尾流速度亏损减小预定幅度所需的叶片桨距角的增加角度。
转速控制方式所对应的控制参数可为在风向偏离预定方向的角度值为零时，使上游风力发电机组的尾流速度亏损减小所述预定幅度所需的叶轮转速的减小速度。
运行子模块302为每种控制方式设置权重值，以基于每种控制方式所对应的控制参数以及对应的权重值来控制上游风力发电机组运行。应理解，每种控制方式对应的权重值之和可为1也可不为1，本领域技术人员可根据实际需要来确定各权重值的大小。
这里，为每种控制方式设置权重值可理解成为每种控制方式所对应的控制参数设置权重值。优选地，风向偏离预定方向的角度值的绝对值越大，则与偏航控制方式对应的权重值可越大。相应地，风向偏离预定方向的角度值的绝对值越大，则与桨距角控制方式对应的权重值可越小，风向偏离预定方向的角度值的绝对值越大，则与转速控制方式对应的权重值可越小。作为示例，各权重值的取值范围可均为大于零且小于1。
优选地，与桨距角控制方式对应的权重值与当前的风向偏离预定方向的角度值的绝对值之间的关系，或者与转速控制方式对应的权重值与当前的风向偏离预定方向的角度值的绝对值之间的关系可符合高斯分布曲线的变化规律或余弦函数曲线的变化规律，然而本发明不限于此，所述关系还可符合其他光滑过渡曲线的变化规律。在此情况下，与偏航控制方式对应的权重值与当前的风向偏离预定方向的角度值的绝对值之间的关系所符合的变化规律与上述变化规律具有相反的变化趋势。
根据本发明的示例性实施例还提供一种计算装置。该计算装置包括处理器和存储器。存储器用于存储计算机程序。所述计算机程序被处理器执行使得处理器执行如上所述的风力发电机组的尾流控制方法的计算机程序。
根据本发明的示例性实施例还提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质。该计算机可读存储介质存储有当被处理器执行时使得处理器执行上述风力发电机组的尾流控制方法的计算机程序。该计算机可读记录介质是可存储由计算机系统读出的数据的任意数据存储装置。计算机可读记录介质的示例包括：只读存储器、随机存取存储器、只读光盘、磁带、软盘、光数据存储装置和载波(诸如经有线或无线传输路径通过互联网的数据传输)。
采用本发明示例性实施例的风力发电机组的尾流控制方法和装置，能够根据当前的风向偏离预定方向的角度值的变化来选择适合于变化的角度值的用于减少上游风力发电机组所形成的尾流对下游风力发电机组的影响的尾流控制方式。
此外，采用本发明示例性实施例的风力发电机组的尾流控制方法和装置，在当前的风向偏离预定方向的角度值不大于设定角度阈值的情况下，通过对不同尾流控制方式的组合应用，有效避免了单一尾流控制方式的缺陷，提高了尾流控制效率，实现了上游风力发电机组在尾流控制过程中的平稳运行。
此外，采用本发明示例性实施例的风力发电机组的尾流控制方法和装置，在当前的风向偏离预定方向的角度值的绝对值大于设定角度阈值时，可使上游风力发电机组所形成的尾流偏离下游风力发电机组，在当前的风向偏离预定方向的角度值的绝对值不大于设定角度阈值时，可按适当权重组合应用偏航控制方式、变桨控制方式、转速控制方式中的至少两种控制方式，以防止风向变化过程中上游风力发电机组长行程偏航或偏航角度过大的情况，有利于提高上游风力发电机组运行的稳定性，特别是能够提高偏航控制方式的稳定性，并防止上游风力发电机组发电量损失过大。
此外，采用本发明示例性实施例的风力发电机组的尾流控制方法和装置，通过对不同尾流控制方式的组合应用，可实现不同控制方式的优势互补，在实现风电场尾流控制目标的同时，保证上游风力发电机组的稳定运行，从而减少下游风力发电机组的附加载荷，提升整个风电场的发电量。
尽管已经参照其示例性实施例具体显示和描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。

Claims (20)

1.一种风力发电机组的尾流控制方法，其特征在于，所述尾流控制方法包括：
确定当前的风向；
确定当前的风向偏离预定方向的角度值，所述预定方向为从上游风力发电机组所在位置到下游风力发电机组所在位置的连线方向；
根据所述角度值与设定角度阈值的比较结果选择针对所述上游风力发电机组的控制方式，以基于选择的控制方式来控制所述上游风力发电机组运行。
2.如权利要求1所述的尾流控制方法，其特征在于，根据所述角度值与设定角度阈值的比较结果选择针对所述上游风力发电机组的控制方式的步骤包括：
针对下游风力发电机组的轮毂中心处于所述上游风力发电机组所形成的尾流的中心线，风向偏离所述预定方向的角度值为零的情况，如果所述角度值的绝对值大于所述设定角度阈值，则通过偏航控制方式控制所述上游风力发电机组运行；
如果所述角度值的绝对值不大于所述设定角度阈值，则通过组合控制方式控制所述上游风力发电机组运行。
3.如权利要求2所述的尾流控制方法，其特征在于，通过偏航控制方式控制所述上游风力发电机组运行的步骤包括：基于所述上游风力发电机组的尾流模型确定设定偏航角度值，控制所述上游风力发电机组旋转所述设定偏航角度值，其中，所述设定偏航角度值为基于当前的风向使所述尾流完全偏离下游风力发电机组所需的偏航角度，
或者，控制所述上游风力发电机组逐步旋转预定偏航角度，直至从下游风力发电机组接收到指示所述尾流完全偏离下游风力发电机组的消息。
4.如权利要求2所述的尾流控制方法，其特征在于，所述组合控制方式包括以下控制方式中的至少两项：偏航控制方式、转速控制方式、桨距角控制方式。
5.如权利要求4所述的尾流控制方法，其特征在于，通过组合控制方式控制所述上游风力发电机组运行的步骤包括：
确定组合控制方式中的每种控制方式所对应的控制参数；
为每种控制方式设置权重值，以基于每种控制方式所对应的控制参数以及对应的权重值来控制所述上游风力发电机组运行。
6.如权利要求5所述的尾流控制方法，其特征在于，偏航控制方式所对应的控制参数为，在风向偏离所述预定方向的角度值的绝对值为所述设定角度阈值时，使所述尾流完全偏离下游风力发电机组所需的偏航角度；
桨距角控制方式所对应的控制参数为，在风向偏离所述预定方向的角度值为零时，使所述尾流速度亏损减小预定幅度所需的叶片桨距角的增加角度；
转速控制方式所对应的控制参数为，在风向偏离所述预定方向的角度值为零时，使所述尾流速度亏损减小所述预定幅度所需的叶轮转速的减小速度。
7.如权利要求5所述的尾流控制方法，其特征在于，所述角度值的绝对值越大与偏航控制方式对应的权重值越大，所述角度值的绝对值越大与桨距角控制方式对应的权重值越小，所述角度值的绝对值越大与转速控制方式对应的权重值越小，其中，各权重值的取值范围均为大于零且小于1。
8.如权利要求7所述的尾流控制方法，其特征在于，与桨距角控制方式对应的权重值与所述角度值的绝对值之间的关系，或者与转速控制方式对应的权重值与所述角度值的绝对值之间的关系符合高斯分布曲线的变化规律或余弦函数曲线的变化规律。
9.如权利要求1所述的尾流控制方法，其特征在于，根据所述角度值与设定角度阈值的比较结果确定针对所述上游风力发电机组的控制方式的步骤包括：
针对下游风力发电机组的轮毂中心处于所述上游风力发电机组所形成的尾流的中心线，风向偏离所述预定方向的角度值非零的情况，基于所述上游风力发电机组的尾流模型，确定下游风力发电机组的轮毂中心处于所述尾流的中心线时风向偏离所述预定方向的角度值，将确定的角度值作为偏移角度值；
如果当前的风向偏离所述预定方向的角度值与偏移角度值的差的绝对值大于所述设定角度阈值，则通过偏航控制方式控制所述上游风力发电机组运行；
如果当前的风向偏离所述预定方向的角度值与偏移角度值的差的绝对值不大于所述设定角度阈值，则通过组合控制方式控制所述上游风力发电机组运行。
10.一种风力发电机组的尾流控制装置，其特征在于，所述尾流控制装置包括：
风向确定模块，确定当前的风向；
角度确定模块，确定当前的风向偏离预定方向的角度值，所述预定方向为从上游风力发电机组所在位置到下游风力发电机组所在位置的连线方向；
运行控制模块，根据所述角度值与设定角度阈值的比较结果选择针对所述上游风力发电机组的控制方式，以基于选择的控制方式来控制所述上游风力发电机组运行。
11.如权利要求10所述的尾流控制装置，其特征在于，针对下游风力发电机组的轮毂中心处于所述上游风力发电机组所形成的尾流的中心线，风向偏离所述预定方向的角度值为零的情况，如果所述角度值的绝对值大于所述设定角度阈值，则运行控制模块通过偏航控制方式控制所述上游风力发电机组运行，如果所述角度值的绝对值不大于所述设定角度阈值，则运行控制模块通过组合控制方式控制所述上游风力发电机组运行。
12.如权利要求11所述的尾流控制装置，其特征在于，运行控制模块基于所述上游风力发电机组的尾流模型确定设定偏航角度值，控制所述上游风力发电机组旋转所述设定偏航角度值，其中，所述设定偏航角度值为基于当前的风向使所述尾流完全偏离下游风力发电机组所需的偏航角度，
或者，运行控制模块控制所述上游风力发电机组逐步旋转预定偏航角度，直至从下游风力发电机组接收到指示所述尾流完全偏离下游风力发电机组的消息。
13.如权利要求11所述的尾流控制装置，其特征在于，所述组合控制方式包括以下控制方式中的至少两项：偏航控制方式、转速控制方式、桨距角控制方式。
14.如权利要求13所述的尾流控制装置，其特征在于，运行控制模块包括：
控制参数确定子模块，确定组合控制方式中的每种控制方式所对应的控制参数；
运行子模块，为每种控制方式设置权重值，以基于每种控制方式所对应的控制参数以及对应的权重值来控制所述上游风力发电机组运行。
15.如权利要求14所述的尾流控制装置，其特征在于，偏航控制方式所对应的控制参数为，在风向偏离所述预定方向的角度值的绝对值为所述设定角度阈值时，使所述尾流完全偏离下游风力发电机组所需的偏航角度；
桨距角控制方式所对应的控制参数为，在风向偏离所述预定方向的角度值为零时，使所述尾流速度亏损减小预定幅度所需的叶片桨距角的增加角度；
转速控制方式所对应的控制参数为，在风向偏离所述预定方向的角度值为零时，使所述尾流速度亏损减小所述预定幅度所需的叶轮转速的减小速度。
16.如权利要求14所述的尾流控制装置，其特征在于，所述角度值的绝对值越大与偏航控制方式对应的权重值越大，所述角度值的绝对值越大与桨距角控制方式对应的权重值越小，所述角度值的绝对值越大与转速控制方式对应的权重值越小，其中，各权重值的取值范围均为大于零且小于1。
17.如权利要求16所述的尾流控制装置，其特征在于，与桨距角控制方式对应的权重值与所述角度值的绝对值之间的关系，或者与转速控制方式对应的权重值与所述角度值的绝对值之间的关系符合高斯分布曲线的变化规律或余弦函数曲线的变化规律。
18.如权利要求10所述的尾流控制装置，其特征在于，针对下游风力发电机组的轮毂中心处于所述上游风力发电机组所形成的尾流的中心线，风向偏离所述预定方向的角度值非零的情况，运行控制模块基于所述上游风力发电机组的尾流模型，确定下游风力发电机组的轮毂中心处于所述尾流的中心线时风向偏离所述预定方向的角度值，将确定的角度值作为偏移角度值；
如果当前的风向偏离所述预定方向的角度值与偏移角度值的差的绝对值大于所述设定角度阈值，则运行控制模块通过偏航控制方式控制所述上游风力发电机组运行；
如果当前的风向偏离所述预定方向的角度值与偏移角度值的差的绝对值不大于所述设定角度阈值，则运行控制模块通过组合控制方式控制所述上游风力发电机组运行。
19.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，当所述计算机程序在被处理器执行时实现如权利要求1-9中的任意一项所述的风力发电机组的尾流控制方法。
20.一种计算装置，其特征在于，所述计算装置包括：
处理器；
存储器，存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1-9中的任意一项所述的风力发电机组的尾流控制方法。
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