CN110778466A - 一种风力发电机组的光影闪烁控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风力发电机组的光影闪烁控制方法，包括以下步骤：步骤一：获取风电场当前时刻；步骤二：计算当前时刻受光影影响的偏航禁止区域；步骤三：获取风机当前偏航角度，根据偏航角度计算出允许偏航区域；步骤四：根据当前偏航角度、允许偏航区域和偏航禁止区域的所属关系，判断选取避免光影影响的措施。本发明考虑了风轮面投影区域和敏感区域的实际空间交集的影响，通过计算出t时刻产生光影影响的偏航禁止区域，通过判断当前偏航角度、允许偏航区域和偏航禁止区域的所属关系，选取合理的控制策略，贴合风力发电机组的实际运行情况。

Description

一种风力发电机组的光影闪烁控制方法

技术领域

本发明涉及一种风力发电机组的光影闪烁控制方法。

背景技术

光影闪烁是一种术语，是指在太阳照射下，风机叶片旋转引起的光影晃动。这种光影晃动可能对风机附近的居民及养殖牲口带来严重的影响。鉴于光影闪烁可能对人类造成不良影响，需要一种准确的光影闪烁控制方法，实时调控风机，避免风机对敏感区域产生光影闪烁影响。如果t时刻不满足光照条件,偏航禁止区域为空，敏感区域不受光影影响。在满足光照强度条件下,如果t时风轮面投影区域与敏感区域的交集为空，则不受光影闪烁影响，如果交集不为空，则表示当前状态下，敏感区域受光影闪烁影响。

要实时控制风力发电机组的光影闪烁，需要计算出t时刻会产生光影影响的偏航禁止区域Φ，如果当前偏航角度Angle_At不在偏航禁止区域Φ中，则t时刻没有产生光影影响，如果前偏航角度Angle_At在偏航禁止区域Φ中，判断允许偏航区域ξ是否包含于Φ，如果

则选择停机，如果ξ不包含于Φ，则调整偏航角度到合适值后，风机继续运行。

国内外对关于光影闪烁控制方法的研究较少,已公开的现有专利技术：1)风电场光影评估方法、装置和系统，公布了一种风电场光影范围评估方法，根据对象中心的相对坐标点于实时光影影响范围之间的最小距离以及对象范围来判断影响范围，其中，将影响范围简化成以轮毂中心在地面上的投影C为中心，r为半径的圆。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种算法简单、安全可靠的风力发电机组的光影闪烁控制方法。

本发明解决上述问题的技术方案是：一种风力发电机组的光影闪烁控制方法，包括以下步骤：

步骤一：获取风电场当前时刻；

步骤二：计算当前时刻受光影影响的偏航禁止区域；

步骤三：获取风机当前偏航角度，根据偏航角度计算出允许偏航区域；

步骤四：根据当前偏航角度、允许偏航区域和偏航禁止区域的所属关系，判断选取避免光影影响的措施。

上述风力发电机组的光影闪烁控制方法，所述步骤二具体步骤为：

步骤2.1：建立参考坐标系O，转步骤2.2；

步骤2.2：获取偏航旋转中心坐标点P、风轮面半径R、风轮面中心与偏航旋转中心的距离R0，风轮面为叶片绕旋转中心扫掠的片面，转步骤2.3；

步骤2.3：判断向阳光照强度i是否大于等于光照强度阈值I，如果是，转步骤2.4，否者，风机保持运行；

步骤2.4：计算当前时刻t的太阳高度角h0和太阳方位角A，转步骤2.5；

步骤2.5：计算满足光照强度的偏航禁止区域Φ。

上述风力发电机组的光影闪烁控制方法，所述步骤2.1具体步骤为：

步骤2.1.1：以经过敏感区域Ψ最低点的水平面建立X-Y平面，敏感区域Ψ为待判定的可能受光影闪烁的区域，转步骤2.1.2；

步骤2.1.2：以经过敏感区域Ψ中心点的南北走向的垂直面建立Y-Z平面，转步骤2.1.3；

步骤2.1.3：以经过偏航旋转中心点的东西走向的垂直面建立X-Z平面，转步骤2.1.4；

步骤2.1.4：X轴为X-Y平面和X-Z平面的交线，以东为正，转步骤2.15；

步骤2.1.5：Y轴为X-Y平面和Y-Z平面的交线，以北为正，转步骤2.1.6；

步骤2.1.6：Z轴为X-Z平面和Y-Z平面的交线，以正上方为正，转步骤2.2。

上述风力发电机组的光影闪烁控制方法，所述步骤2.5具体步骤为：

步骤2.5.1：初始化

初始化

S为风轮面投影区域与敏感区域的交集，转步骤2.5.2；

步骤2.5.2：在[0,2π]内遍历所有角度Angle_At'，Angle_At'为偏航角度，以风轮面与正南方向的夹角，以顺时针为正；转步骤2.5.3；

步骤2.5.3：假定偏航角度为Angle_At'时，对敏感区域造成影响的风轮面的投影边界的空间Ωt为：

Ωt＝{(X,Y,Z)|X＝Rcosθsin(Angle_At')+R₀cos(Angle_At')+Dx+(Rsinθ+Dh-Z)sinA/tan(h₀)，Y＝Rcosθcos(Angle_At')-R₀sin(Angle_At')+(Rsinθ+Dh-Z)cosA/tan(h₀),Z＝Z,θ∈[0,2π],Z∈[0,r_h]}；

其中θ表示计算角度Dx表示偏航旋转中心在X轴上的坐标，Dh表示偏航旋转中心的高度，r_h表示敏感区域Ψ的高度；

然后转步骤2.5.4；

步骤2.5.4：假定偏航角度为Angle_At'时，遍历敏感区域的所有点，如果点

(x,y,z)∈Ψ＝{(Xg,Yg,Zg)|Xg∈[-0.5r_l·cos(Angle_rl)，0.5r_l·cos(Angle_rl)]，Zg∈[0,r_h]；Yg＝Dy-Xg·tan(Angle_rl)}在Ωt内部，则S＝S∪(x,y,z)；

其中Xg为敏感区域X轴坐标分量；Yg为敏感区域Y轴坐标分量；Zg为敏感区域Z轴坐标分量；r_l为敏感区域Ψ的长度；Angle_rl为敏感区域Ψ走向与东西方向的夹角，且顺时针为正；Dy为敏感区域中心在Y轴上的坐标；

然后转步骤2.5.5；

步骤2.5.5：偏航禁止区域Φ＝{Angle_At'|偏航为Angle_At'时，

}；转步骤三。

上述风力发电机组的光影闪烁控制方法，所述步骤三具体步骤为：

步骤3.1，通过风机运行状态得到允许偏航的幅度Angle_a，转步骤3.2。

步骤3.2，允许偏航区域ξ＝{α|α∈[Angle_At-Angle_a,Angle_At+Angle_a]}，转步骤四。

上述风力发电机组的光影闪烁控制方法，所述步骤四中，判断选取避免光影影响的措施具体为：

判断当前偏航角度是否在偏航禁止区域内，若当前偏航角度不在偏航禁止区域内，则风机运行，若当前偏航角度在偏航禁止区域内，则继续判断允许偏航区域是否包含于偏航禁止区域内，若允许偏航区域包含于偏航禁止区域内，则风机停机，若允许偏航区域不完全包含在偏航禁止区域内，则调整偏航角度至偏航禁止区域外，风机运行。

本发明的有益效果在于：本发明考虑了风轮面投影区域和敏感区域的实际空间交集的影响，通过计算出t时刻产生光影影响的偏航禁止区域，通过判断当前偏航角度、允许偏航区域和偏航禁止区域的所属关系，选取合理的控制策略，贴合风力发电机组的实际运行情况。

附图说明

图1为本发明实施例的总流程图。

图2为本发明实施例中参考坐标系示意图。

图3为本发明实施例中太阳高度角和方位角的示意图。

图4为本发明实施例中的具体流程图。

图5为本发明实施例中偏航禁止区域求解方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1-图5所示，一种风力发电机组的光影闪烁控制方法，包括以下步骤：

步骤一：获取风电场当前时刻。

步骤二：计算当前时刻受光影影响的偏航禁止区域。具体步骤为：

步骤2.1：建立参考坐标系O，转步骤2.2；2.1具体步骤为：

步骤2.1.1：以经过敏感区域Ψ最低点的水平面建立X-Y平面，敏感区域Ψ为待判定的可能受光影闪烁的区域，转步骤2.1.2；

步骤2.1.2：以经过敏感区域Ψ中心点的南北走向的垂直面建立Y-Z平面，转步骤2.1.3；

步骤2.1.3：以经过偏航旋转中心点的东西走向的垂直面建立X-Z平面，转步骤2.1.4；

步骤2.1.4：X轴为X-Y平面和X-Z平面的交线，以东为正，转步骤2.15；

步骤2.1.5：Y轴为X-Y平面和Y-Z平面的交线，以北为正，转步骤2.1.6；

步骤2.1.6：Z轴为X-Z平面和Y-Z平面的交线，以正上方为正，转步骤2.2；

步骤2.2：获取偏航旋转中心坐标点P、风轮面半径R、风轮面中心与偏航旋转中心的距离R0，风轮面为叶片绕旋转中心扫掠的片面，转步骤2.3；

步骤2.3：判断向阳光照强度i是否大于等于光照强度阈值I，如果是，转步骤2.4，否者，风机保持运行；

步骤2.4：根据地理学知识，计算当前时刻t的太阳高度角h0和太阳方位角A，转步骤2.5；

步骤2.5：计算满足光照强度的偏航禁止区域Φ。步骤2.5具体步骤为：

步骤2.5.1：初始化

初始化

S为风轮面投影区域与敏感区域的交集，转步骤2.5.2；

步骤2.5.2：在[0,2π]内遍历所有角度Angle_At'，Angle_At'为偏航角度，以风轮面与正南方向的夹角，以顺时针为正；转步骤2.5.3；

步骤2.5.3：假定偏航角度为Angle_At'时，对敏感区域造成影响的风轮面的投影边界的空间Ωt为：

Ωt＝{(X，Y，Z)|X＝Rcosθsin(Angle_At')+R0cos(Angle_At')+Dx+(Rsinθ+Dh-Z)sinA/tan(h0)，Y＝Rcosθcos(Angle_At')-R0sin(Angle_At')+(Rsinθ+Dh-Z)cosA/tan(h0)，Z＝Z；θ∈[0,2π]，Z∈[0,r_h]}；

其中θ表示计算角度，Dx表示偏航旋转中心在X轴上的坐标，Dh表示偏航旋转中心的高度，r_h表示敏感区域Ψ的高度；

然后转步骤2.5.4；

步骤2.5.4：假定偏航角度为Angle_At'时，遍历敏感区域的所有点，如果点(x,y,z)∈Ψ＝{(Xg,Yg,Zg)|Xg∈[-0.5r_l·cos(Angle_rl)，0.5r_l·cos(Angle_rl)]，Zg∈[0,r_h]；Yg＝Dy-Xg·tan(Angle_rl)}在Ωt内部，则S＝S∪(x,y,z)；

其中Xg为敏感区域X轴坐标分量；Yg为敏感区域Y轴坐标分量；Zg为敏感区域Z轴坐标分量；r_l为敏感区域Ψ的长度；Angle_rl为敏感区域Ψ走向与东西方向的夹角，且顺时针为正；Dy为敏感区域中心在Y轴上的坐标；

然后转步骤2.5.5；

步骤2.5.5：偏航禁止区域Φ＝{Angle_At'|偏航为Angle_At'时，

}；转步骤三。

步骤三：获取风机当前偏航角度，根据偏航角度计算出允许偏航区域。具体步骤为：

步骤3.1，通过风机运行状态得到允许偏航的幅度Angle_a，转步骤3.2。

步骤3.2，允许偏航区域ξ＝{α|α∈[Angle_At-Angle_a,Angle_At+Angle_a]}，转步骤四。

步骤四：根据当前偏航角度、允许偏航区域和偏航禁止区域的所属关系，判断选取避免光影影响的措施。判断选取避免光影影响的措施具体为：

判断当前偏航角度是否在偏航禁止区域内，若当前偏航角度不在偏航禁止区域内，则风机运行，若当前偏航角度在偏航禁止区域内，则继续判断允许偏航区域是否包含于偏航禁止区域内，若允许偏航区域包含于偏航禁止区域内，则风机停机，若允许偏航区域不完全包含在偏航禁止区域内，则调整偏航角度至偏航禁止区域外，风机运行。

Claims (6)

1.一种风力发电机组的光影闪烁控制方法，包括以下步骤：

步骤一：获取风电场当前时刻；

步骤二：计算当前时刻受光影影响的偏航禁止区域；

步骤三：获取风机当前偏航角度，根据偏航角度计算出允许偏航区域；

步骤四：根据当前偏航角度、允许偏航区域和偏航禁止区域的所属关系，判断选取避免光影影响的措施。

2.根据权利要求1所述的风力发电机组的光影闪烁控制方法，其特征在于，所述步骤二具体步骤为：

步骤2.1：建立参考坐标系O，转步骤2.2；

步骤2.2：获取偏航旋转中心坐标点P、风轮面半径R、风轮面中心与偏航旋转中心的距离R0，风轮面为叶片绕旋转中心扫掠的片面，转步骤2.3；

步骤2.3：判断向阳光照强度i是否大于等于光照强度阈值I，如果是，转步骤2.4，否者，风机保持运行；

步骤2.4：计算当前时刻t的太阳高度角h0和太阳方位角A，转步骤2.5；

步骤2.5：计算满足光照强度的偏航禁止区域Φ。

3.根据权利要求2所述的风力发电机组的光影闪烁控制方法，其特征在于，所述步骤2.1具体步骤为：

步骤2.1.1：以经过敏感区域Ψ最低点的水平面建立X-Y平面，敏感区域Ψ为待判定的可能受光影闪烁的区域，转步骤2.1.2；

步骤2.1.2：以经过敏感区域Ψ中心点的南北走向的垂直面建立Y-Z平面，转步骤2.1.3；

步骤2.1.3：以经过偏航旋转中心点的东西走向的垂直面建立X-Z平面，转步骤2.1.4；

步骤2.1.4：X轴为X-Y平面和X-Z平面的交线，以东为正，转步骤2.15；

步骤2.1.5：Y轴为X-Y平面和Y-Z平面的交线，以北为正，转步骤2.1.6；

步骤2.1.6：Z轴为X-Z平面和Y-Z平面的交线，以正上方为正，转步骤2.2。

4.根据权利要求2所述的风力发电机组的光影闪烁控制方法，其特征在于，所述步骤2.5具体步骤为：

步骤2.5.1：初始化

初始化

S为风轮面投影区域与敏感区域的交集，转步骤2.5.2；

步骤2.5.2：在[0,2π]内遍历所有角度Angle_At'，Angle_At'为偏航角度，以风轮面与正南方向的夹角，以顺时针为正；转步骤2.5.3；

步骤2.5.3：假定偏航角度为Angle_At'时，对敏感区域造成影响的风轮面的投影边界的空间Ωt为：

Ωt＝{(X,Y,Z)|X＝Rcosθsin(Angle_At')+R₀cos(Angle_At')+Dx+(Rsinθ+Dh-Z)sinA/tan(h₀)，Y＝Rcosθcos(Angle_At')-R₀sin(Angle_At')+(Rsinθ+Dh-Z)cosA/tan(h₀),Z＝Z,θ∈[0,2π],Z∈[0,r_h]}；

其中θ表示计算角度，Dx表示偏航旋转中心在X轴上的坐标，Dh表示偏航旋转中心的高度，r_h表示敏感区域Ψ的高度；

然后转步骤2.5.4；

步骤2.5.4：假定偏航角度为Angle_At'时，遍历敏感区域的所有点，如果点(x,y,z)∈Ψ＝{(Xg,Yg,Zg)|Xg∈[-0.5r_l·cos(Angle_rl)，0.5r_l·cos(Angle_rl)]，Zg∈[0,r_h]；Yg＝Dy-Xg·tan(Angle_rl)}在Ωt内部，则S＝S∪(x,y,z)；

其中Xg为敏感区域X轴坐标分量；Yg为敏感区域Y轴坐标分量；Zg为敏感区域Z轴坐标分量；r_l为敏感区域Ψ的长度；Angle_rl为敏感区域Ψ走向与东西方向的夹角，且顺时针为正；Dy为敏感区域中心在Y轴上的坐标；

然后转步骤2.5.5；

步骤2.5.5：偏航禁止区域Φ＝{Angle_At'|偏航为Angle_At'时，

}；转步骤三。

5.根据权利要求2所述的风力发电机组的光影闪烁控制方法，其特征在于，所述步骤三具体步骤为：

步骤3.1，通过风机运行状态得到允许偏航的幅度Angle_a，转步骤3.2；

步骤3.2，允许偏航区域ξ＝{α|α∈[Angle_At-Angle_a,Angle_At+Angle_a]}，转步骤四。

6.根据权利要求2所述的风力发电机组的光影闪烁控制方法，其特征在于，所述步骤四中，判断选取避免光影影响的措施具体为：

判断当前偏航角度是否在偏航禁止区域内，若当前偏航角度不在偏航禁止区域内，则风机运行，若当前偏航角度在偏航禁止区域内，则继续判断允许偏航区域是否包含于偏航禁止区域内，若允许偏航区域包含于偏航禁止区域内，则风机停机，若允许偏航区域不完全包含在偏航禁止区域内，则调整偏航角度至偏航禁止区域外，风机运行。

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