CN110894820A - 风力发电机组偏航控制系统及方法 - Google Patents

风力发电机组偏航控制系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种风力发电机组偏航控制系统及方法，涉及控制装置技术领域，风力发电机组偏航控制系统包括检测模块和控制模块；所述检测模块用于检测检测点相对于风向标参考点的相对位置信息；所述控制模块能够接收所述相对位置信息，并在所述相对位置信息与预设相对位置信息不对应时，控制风力发电机组进偏航行操作，以使所述相对位置信息调节为预设相对位置信息。本发明提供的风力发电机组偏航控制系统，检测模块的布置方便且控制模块的算法简单，能够降低偏航动作的误差，从而提高偏航系统的偏航动作精确性，提高发电量。

Description

风力发电机组偏航控制系统及方法
技术领域
本发明涉及控制装置技术领域，尤其是涉及一种风力发电机组偏航控制系统及方法。
背景技术
风力发电机组是将风能转化为电能的装置，主要由叶片、发电机、和偏航系统等组成。偏航系统是风力发电机组特有的组成系统之一，偏航系统的作用是：自动对风、自动解缆和风轮保护。
现有技术中，风向仪将采集的风向信号传输至偏航控制器后，偏航控制器根据风向信号进行偏航动作，偏航系统的偏航动作精确性依赖于风向仪的测量结果。
然而，风向仪的对风精度及故障等因素会导致风向仪对风偏差较大，并且偏航控制器控制风力发电机组进行偏航动作时，需要在多个位置布置传感器，且偏航角度算法繁琐，也存在一定的误差，会影响偏航系统的偏航动作精确性，导致发电量损失。
发明内容
本发明的目的在于提供一种风力发电机组偏航控制系统，以解决现有技术中的风力发电机组偏航控制系统的偏航动作精确性较低的技术问题。
本发明提供的风力发电机组偏航控制系统包括检测模块和控制模块；
所述检测模块用于设置在机舱上，且所述检测模块用于检测检测点相对于风向标参考点的相对位置信息；
所述控制模块能够接收所述相对位置信息，并在所述相对位置信息与预设相对位置信息不对应时，控制风力发电机组进偏航行操作，以使所述相对位置信息调节为预设相对位置信息。
进一步地，所述检测模块包括第一检测器、第二检测器和第三检测器；所述第一检测器用于设置在机舱中轴线上，所述第二检测器和所述第三检测器分别用于设置在机舱中轴线的两侧；
第一检测器和风向标参考点的连线与第二检测器和风向标参考点的连线形成第一夹角；第一检测器和风向标参考点的连线与第三检测器和风向标参考点的连线形成第二夹角；
所述第一检测器和所述第二检测器能够配合检测第一夹角的角度值，所述第一检测器和所述第三检测器能够配合检测第二夹角的角度值；
所述控制模块能够获取第一夹角和第二夹角的角度值；在第一夹角或第二夹角的角度值大于临界角度值时，所述控制模块控制风力发电机组进行偏航操作，并使第一夹角和第二夹角的角度值均达到预设角度值。
进一步地，所述第二检测器和所述第三检测器对称设置在机舱中轴线的两侧。
进一步地，第一夹角的预设角度值小于或等于8°；第二夹角的预设角度值小于或等于8°。
进一步地，所述第一检测器、所述第二检测器和所述第三检测器均为位置感应传感器。
进一步地，所述第一检测器、所述第二检测器和所述第三检测器均为图像识别器。
本发明的目的还在于提供一种风力发电机组偏航控制方法，包括以下步骤：
检测步骤：检测检测点相对于风向标参考点的相对位置信息；
调整步骤：在所述相对位置信息与预设相对位置信息不对应时，控制风力发电机组进偏航行操作，以使所述相对位置信息调节为预设相对位置信息。
进一步地，检测步骤还包括以下步骤：采用本发明所述的风力发电机组偏航控制系统，获取第一夹角和第二夹角的角度值；
调整步骤还包括以下步骤：在第一夹角或第二夹角的角度值大于临界角度值时，控制风力发电机组进行偏航操作，并使第一夹角和第二夹角的角度值均达到预设角度值。
进一步地，调整步骤中还包括以下步骤：
在第一夹角或第二夹角的角度值大于临界角度值时，检测风力发电机组是否启动自动偏航系统；
若风力发电机组未启动自动偏航系统，控制风力发电机组进行偏航操作，并使第一夹角和第二夹角的角度值均达到预设角度值。
进一步地，若风力发电机组启动自动偏航系统，检测第一夹角和第二夹角的角度值是否达到预设角度值；
若第一夹角和第二夹角的角度值未达到预设角度值，控制风力发电机组进行偏航操作，并使第一夹角和第二夹角的角度值均达到预设角度值。
本发明提供的风力发电机组偏航控制系统，包括检测模块和控制模块；所述检测模块用于检测检测点相对于风向标参考点的相对位置信息；所述控制模块能够接收所述相对位置信息，并在所述相对位置信息与预设相对位置信息不对应时，控制风力发电机组进偏航行操作，以使所述相对位置信息调节为预设相对位置信息。利用检测模块可以实时检测检测点相对于风向标参考点的相对位置信息，并根据检测点相对于风向标参考点的相对位置信息实时获取风力发电机组的偏航状态，在风力发电机组未对风时，控制模块能够及时控制风力发电机组进行偏航操作，使相对位置信息调节为预设相对位置信息，使风力发电机组及时调整至对风状态。本发明提供的风力发电机组偏航控制系统，检测模块能够较为精确地检测检测点相对于风向标参考点的相对位置信息，从而获取较为精确的风力发电机组的偏航状态，并且控制模块通过调节检测点相对于风向标参考点的相对位置信息，使风力发电机组完成偏航动作，检测模块的布置方便且控制模块的算法简单，能够降低偏航动作的误差，从而提高偏航系统的偏航动作精确性，提高发电量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种实施方式中风力发电机组偏航控制系统的结构示意图(检测模块设置在机舱的顶面上)；
图2是本发明实施例提供的一种实施方式中风力发电机组偏航控制系统中检测模块的结构示意图(检测模块设置在机舱的顶面上)；
图3是本发明实施例提供的一种实施方式中风力发电机组偏航控制系统的结构示意图(检测模块设置在支架上)；
图4是本发明实施例提供的一种实施方式中风力发电机组偏航控制系统中检测模块的结构示意图(检测模块设置在支架上)；
图5是本发明实施例提供的风力发电机组偏航控制方法的流程图。
图标：1-机舱；11-机舱的顶面；2-风向标；21-风向标参考点；3-检测模块；31-第一检测器；32-第二检测器；33-第三检测器；4-支架。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、初始状态地描述，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。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。
本发明提供了一种风力发电机组偏航控制系统及风力发电机，下面给出多个实施例对本发明提供的风力发电机组偏航控制系统及风力发电机进行详细描述。
实施例1
本实施例提供的风力发电机组偏航控制系统，如图1至图5所示，包括检测模块3和控制模块；检测模块3用于检测检测点相对于风向标参考点21的相对位置信息；控制模块能够接收所述相对位置信息，并在相对位置信息与预设相对位置信息不对应时，控制风力发电机组进偏航行操作，以使相对位置信息调节为预设相对位置信息。
利用检测模块3可以实时检测检测点相对于风向标参考点21的相对位置信息，并根据检测点相对于风向标参考点21的相对位置信息实时获取风力发电机组的偏航状态，在风力发电机组未对风时，控制模块能够及时控制风力发电机组进行偏航操作，使相对位置信息调节为预设相对位置信息，使风力发电机组及时调整至对风状态。
本实施例提供的风力发电机组偏航控制系统，检测模块3能够较为精确地检测检测点相对于风向标参考点21的相对位置信息，从而获取较为精确的风力发电机组的偏航状态，并且控制模块通过调节检测点相对于风向标参考点21的相对位置信息，使风力发电机组完成偏航动作，检测模块3的布置方便且控制模块的算法简单，能够降低偏航动作的误差，从而提高偏航系统的偏航动作精确性，提高发电量。能够实时检测风力发电机组的偏航状态，及时进行调整，实现较好地对风，提高发电量。
其中，检测模块3可以设置在机舱1上任意适合的位置上，可以设置在机舱1的中轴线上，也可以设置在机舱1的中轴线的两侧等任意适合的位置；检测模块3可以直接设置在机舱的顶面11上，也可以设置在用于安装风向标2的支架4上等任意适合的位置，只要检测模块3能够检测检测点相对于风向标参考点21的相对位置信息即可。
需要说明的是，风向标参考点21为除去风向标2与支撑件连接点外，风向标2上位于中轴线上的点，可以为风向标2顶端的点，也可以为风向标2尾端的点等任意适合的形式。检测模块3的信号发射点即为检测点。
检测模块3可以设置一个检测器，也可以设置多个检测器。检测模块3可以包括位置感应传感器，也可以包括图像识别器等任意适合的形式。
作为一种实施方式，检测模块3可以包括一个位置感应传感器，位置感应传感器设置在机舱1中轴线的左侧，风力发电机组为对风状态时，风向标2的中轴线与机舱1中轴线重合，位置感应传感器所在的检测点和风向标参考点21的连线与风向标2的中轴线形成夹角，夹角值为α，位置感应传感器所在的检测点和风向标参考点21之间的最短距离为β，位置感应传感器所在的检测点位于风向标2的中轴线的左侧；在风力发电机组使用过程中，风向不断的变化，位置感应传感器不断检测位置感应传感器所在的检测点和风向标参考点21的连线与风向标2的中轴线形成夹角的夹角值、位置感应传感器所在的检测点和风向标参考点21之间的最短距离以及位置感应传感器所在的检测点是否位于风向标2的中轴线的左侧，在位置感应传感器所在的检测点和风向标参考点21的连线与风向标2的中轴线形成夹角的夹角值不为α、位置感应传感器所在的检测点和风向标参考点21之间的最短距离不为β或位置感应传感器所在的检测点不位于风向标2的中轴线的左侧时，控制模块控制风力发电机组进行偏航操作，使位置感应传感器所在的检测点和风向标参考点21的连线与风向标2的中轴线形成夹角的夹角值为α、位置感应传感器所在的检测点和风向标参考点21之间的最短距离为β且位置感应传感器所在的检测点位于风向标2的中轴线的左侧。
优选地，检测模块3包括第一检测器31、第二检测器32和第三检测器33；第一检测器31用于设置在机舱1中轴线上，第二检测器32和第三检测器33分别用于设置在机舱1中轴线的两侧；第一检测器31和风向标参考点21的连线与第二检测器32和风向标参考点21的连线形成第一夹角；第一检测器31和风向标参考点21的连线与第三检测器33和风向标参考点21的连线形成第二夹角；第一检测器31和第二检测器32能够配合检测第一夹角的角度值，第一检测器31和第三检测器33能够配合检测第二夹角的角度值；控制模块能够获取第一夹角和第二夹角的角度值；在第一夹角或第二夹角的角度值大于临界角度值时，控制模块控制风力发电机组进行偏航操作，并使第一夹角和第二夹角的角度值均达到预设角度值。
第一检测器31、第二检测器32和第三检测器33可以直接设置在机舱的顶面11上，也可以设置在用于安装风向标2的支架4上等任意适合的位置。
其中，在第一检测器31和风向标参考点21的连线与机舱1中轴线重合时，第一夹角的角度值为θ1，第二夹角的角度值为θ2，此时风力发电机组为对风状态。在风力发电机组使用过程中，风向不断的变化，检测模块3不断检测第一夹角和第二夹角的角度值，在第一夹角或第二夹角中任一个的角度值大于临界角度值θ0时，控制模块控制风力发电机组进行偏航操作，使第一夹角的角度值调节为θ1、第二夹角的角度值调节为θ2，从而实现较好地对风，较好地发电。
需要说明的是，第一检测器31和风向标参考点21的连线是指第一检测器31的信号发射点和风向标参考点21的连线；第二检测器32和风向标参考点21的连线是指第二检测器32的信号发射点和风向标参考点21的连线；第三检测器33和风向标参考点21的连线是指第三检测器33的信号发射点和风向标参考点21的连线。
利用检测模块3可以实时检测第一夹角和第二夹角的角度值，并根据第一夹角和第二夹角的角度值实时获取风力发电机组的偏航误差，在风力发电机组未对风时，控制模块能够及时调节第一夹角和第二夹角的角度值，使风力发电机组及时调整至对风状态。本发明提供的风力发电机组偏航控制系统，检测模块3能够较为精确地检测第一夹角和第二夹角的角度值，从而获取较为精确的风力发电机组的偏航状态，并且控制模块通过调节第一夹角和第二夹角的角度值，使风力发电机组完成偏航动作，检测模块3的零件数量较少、布置方便且控制模块算法简单，也能降低偏航动作的误差，从而提高偏航系统的偏航动作精确性，提高发电量。
本实施例提供的风力发电机组偏航控制系统还可以包括数据采集模块、传输模块和分析模块；数据采集模块能够采集第一夹角和第二夹角的角度值，传输模块将数据采集模块采集到的第一夹角和第二夹角的角度值传输至分析模块，分析模块集成于控制模块内，分析模块用于分析第一夹角和第二夹角的角度值是否大于临界角度值，进行角度偏差判断，并根据算法规则确定是否进行偏航角调整及偏航操作。
进一步地，第二检测器32和第三检测器33对称设置在机舱1中轴线的两侧。
在第一检测器31和风向标参考点21的连线与机舱1中轴线重合时，第一夹角的角度值与第二夹角的角度值相同。
本实施例中，第一夹角的预设角度值小于或等于8°；第二夹角的预设角度值小于或等于8°。
进一步地，检测模块3还包括接收器，接收器用于设置在风向标参考点21上，接收器能够接收第一检测器31、第二检测器32和第三检测器33发出的信号。
其中，第一检测器31能够发射检测信号，接收器能够接收第一检测器31发射的检测信号；第二检测器32能够发射检测信号，接收器能够接收第二检测器32发射的检测信号；第三检测器33能够发射检测信号，接收器能够接收第三检测器33发射的检测信号。
第一检测器31、第二检测器32和接收器能够配合检测第一夹角的角度值，第一检测器31、第三检测器33和接收器能够配合检测第二夹角的角度值。
作为一种实施方式，第一检测器31、第二检测器32和第三检测器33均为位置感应传感器。第一检测器31、第二检测器32和第三检测器33通过不断检测其自身的位置信息，从而得出第一夹角和第二夹角的角度值。
其中，位置感应传感器可以为超声感应传感器、激光感应传感器或磁感应传感器等任意适合的形式。
作为另一种实施方式，第一检测器31、第二检测器32和第三检测器33均为图像识别器，图像识别器利用图像识别技术，不断检测第一检测器31、第二检测器32和第三检测器33的位置信息，从而得出第一夹角和第二夹角的角度值。
实施例2
本实施例提供的风力发电机组偏航控制方法，如图5所示，包括以下步骤：
检测步骤：检测检测点相对于风向标参考点21的相对位置信息；
调整步骤：在相对位置信息与预设相对位置信息不对应时，控制风力发电机组进偏航行操作，以使相对位置信息调节为预设相对位置信息。
实时检测检测点相对于风向标参考点21的相对位置信息，并根据检测点相对于风向标参考点21的相对位置信息实时获取风力发电机组的偏航状态，在风力发电机组未对风时，控制模块能够及时控制风力发电机组进行偏航操作，使相对位置信息调节为预设相对位置信息，使风力发电机组及时调整至对风状态。
能够较为精确地检测检测点相对于风向标参考点21的相对位置信息，从而获取较为精确的风力发电机组的偏航状态，并且通过调节检测点相对于风向标参考点21的相对位置信息，使风力发电机组完成偏航动作，检测模块3的布置方便且控制模块的算法简单，能够降低偏航动作的误差，从而提高偏航系统的偏航动作精确性，提高发电量。能够实时检测风力发电机组的偏航状态，及时进行调整，实现较好地对风，提高发电量。
进一步地，检测步骤还包括：采用实施例1提供的风力发电机组偏航控制系统，获取第一夹角和第二夹角的角度值；
调整步骤还包括：在第一夹角或第二夹角的角度值大于临界角度值时，控制风力发电机组进行偏航操作，并使第一夹角和第二夹角的角度值均达到预设角度值。
其中，在第一检测器31和风向标参考点21的连线与机舱1中轴线重合时，第一夹角的角度值为θ1，第二夹角的角度值为θ2，此时风力发电机组为对风状态。在风力发电机组使用过程中，风向不断的变化，检测模块3不断检测第一夹角和第二夹角的角度值，在第一夹角或第二夹角中任一个的角度值大于临界角度值θ0时，控制模块控制风力发电机组进行偏航操作，使第一夹角的角度值调节为θ1、第二夹角的角度值调节为θ2，从而实现较好地对风，较好地发电。
具体地，调整步骤中还包括以下步骤：
在第一夹角或第二夹角的角度值大于临界角度值时，检测风力发电机组是否启动自动偏航系统；
若风力发电机组未启动自动偏航系统，控制风力发电机组进行偏航操作，并使第一夹角和第二夹角的角度值均达到预设角度值。
进一步地，若风力发电机组启动自动偏航系统，检测第一夹角和第二夹角的角度值是否达到预设角度值；若第一夹角和第二夹角的角度值未达到预设角度值，控制风力发电机组进行偏航操作，并使第一夹角和第二夹角的角度值均达到预设角度值。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种风力发电机组偏航控制系统，其特征在于，包括检测模块(3)和控制模块；
所述检测模块(3)用于设置在机舱(1)上，且所述检测模块(3)用于检测检测点相对于风向标参考点的相对位置信息；
所述控制模块能够接收所述相对位置信息，并在所述相对位置信息与预设相对位置信息不对应时，控制风力发电机组进偏航行操作，以使所述相对位置信息调节为预设相对位置信息。
2.根据权利要求1所述的风力发电机组偏航控制系统，其特征在于，所述检测模块(3)包括第一检测器(31)、第二检测器(32)和第三检测器(33)；所述第一检测器(31)用于设置在机舱(1)中轴线上，所述第二检测器(32)和所述第三检测器(33)分别用于设置在机舱(1)中轴线的两侧；
第一检测器(31)和风向标参考点的连线与第二检测器(32)和风向标参考点的连线形成第一夹角；第一检测器(31)和风向标参考点的连线与第三检测器(33)和风向标参考点的连线形成第二夹角；
所述第一检测器(31)和所述第二检测器(32)能够配合检测第一夹角的角度值，所述第一检测器(31)和所述第三检测器(33)能够配合检测第二夹角的角度值；
所述控制模块能够获取第一夹角和第二夹角的角度值；在第一夹角或第二夹角的角度值大于临界角度值时，所述控制模块控制风力发电机组进行偏航操作，并使第一夹角和第二夹角的角度值均达到预设角度值。
3.根据权利要求2所述的风力发电机组偏航控制系统，其特征在于，所述第二检测器(32)和所述第三检测器(33)对称设置在机舱(1)中轴线的两侧。
4.根据权利要求2所述的风力发电机组偏航控制系统，其特征在于，第一夹角的预设角度值小于或等于8°；第二夹角的预设角度值小于或等于8°。
5.根据权利要求2所述的风力发电机组偏航控制系统，其特征在于，所述第一检测器(31)、所述第二检测器(32)和所述第三检测器(33)均为位置感应传感器。
6.根据权利要求2所述的风力发电机组偏航控制系统，其特征在于，所述第一检测器(31)、所述第二检测器(32)和所述第三检测器(33)均为图像识别器。
7.一种风力发电机组偏航控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
检测步骤：检测检测点相对于风向标参考点的相对位置信息；
调整步骤：在所述相对位置信息与预设相对位置信息不对应时，控制风力发电机组进偏航行操作，以使所述相对位置信息调节为预设相对位置信息。
8.根据权利要求7所述的风力发电机组偏航控制方法，其特征在于，检测步骤还包括以下步骤：采用权利要求2－6中任一项所述的风力发电机组偏航控制系统，获取第一夹角和第二夹角的角度值；
调整步骤还包括以下步骤：在第一夹角或第二夹角的角度值大于临界角度值时，控制风力发电机组进行偏航操作，并使第一夹角和第二夹角的角度值均达到预设角度值。
9.根据权利要求8所述的风力发电机组偏航控制方法，其特征在于，调整步骤中还包括以下步骤：
在第一夹角或第二夹角的角度值大于临界角度值时，检测风力发电机组是否启动自动偏航系统；
若风力发电机组未启动自动偏航系统，控制风力发电机组进行偏航操作，并使第一夹角和第二夹角的角度值均达到预设角度值。
10.根据权利要求9所述的风力发电机组偏航控制方法，其特征在于，若风力发电机组启动自动偏航系统，检测第一夹角和第二夹角的角度值是否达到预设角度值；
若第一夹角和第二夹角的角度值未达到预设角度值，控制风力发电机组进行偏航操作，并使第一夹角和第二夹角的角度值均达到预设角度值。
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