CN112324615A - 一种风力发电机组结冰控制方法、系统及相关组件 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种风力发电机组结冰控制方法、系统及相关组件，风力发电机组结冰控制方法包括以下步骤：在风力发电机组处于结冰环境的情况下，获取风速风向仪检测到的风速检测值和风力发电机组的实际有功功率，判断实际有功功率是否超过与风速检测值对应的有功功率参考范围；若是，则生成停机指令以控制风力发电机组停机，和/或，生成报警指令以进行报警提示。应用本申请提供的风力发电机组结冰控制方法，当气象环境满足结冰条件，若实际有功功率超过有功功率参考范围，则认为此时风力发电机组处于结冰状态，此时会直接控制风力发电机组停机，或者提示人工介入，从而避免风力发电机组长时间带冰运行，提高风力发电机组的安全性。

Description

一种风力发电机组结冰控制方法、系统及相关组件

技术领域

本申请涉及风力发电技术领域，更具体地说，涉及一种风力发电机组结冰控制方法、系统及相关组件。

背景技术

叶片和风速风向仪作为风力发电机组的重要部件，在低温度和高湿度的自然环境下容易结冰。叶片结冰会改变叶片形状和气动，从而导致风能转化效率低，影响风电机组发电性能，严重者甚至会引起叶片损坏；风速风向仪结冰导致测量风速和风向存在较大误差，影响风电机组的启停运行和偏航对风，影响机组的发电性能，严重者在暴风期间未及时切出甚至会引发安全事故。

目前，风力发电机组冬季容易出现结冰的现象，导致冬季风力发电机组长期带冰运行，造成安全隐患。

综上所述，如何提高风力发电机组在低温度和高湿度的自然环境下运行的安全性，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的是提供一种风力发电机组结冰控制方法、系统及相关组件，其在风力发电机组出现结冰问题时，能够控制其停机，或者进行报警提示使人工介入，从而避免风力发电机组长时间带冰运行，提高了风力发电机组的安全性。

为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

一种风力发电机组结冰控制方法，包括：

在风力发电机组处于结冰环境的情况下，获取风速风向仪检测到的风速检测值和所述风力发电机组的实际有功功率，判断所述实际有功功率是否超过与所述风速检测值对应的有功功率参考范围；

若是，则生成停机指令以控制所述风力发电机组停机，和/或，生成报警指令以进行报警提示。

可选的，在所述判断所述实际有功功率是否超过与所述风速检测值对应的有功功率参考范围之前，还包括：

确定与所述风速检测值对应的理论有功功率；

对所述理论有功功率进行拓宽得到所述有功功率参考范围；其中，所述理论有功功率大于所述有功功率参考范围的下限值，且所述理论有功功率小于所述有功功率参考范围的上限值。

可选的，所述判断所述实际有功功率是否超过与所述风速检测值对应的有功功率参考范围的过程包括：

判断所述实际有功功率是否大于与所述风速检测值对应的所述有功功率参考范围的上限值；

若是，则所述生成报警指令以进行报警提示的过程具体为：

生成第一报警指令，以提示所述风速风向仪结冰。

可选的，所述判断所述实际有功功率是否超过与所述风速检测值对应的有功功率参考范围的过程包括：

判断所述实际有功功率是否小于与所述风速检测值对应的有功功率参考范围的下限值；

若是，则所述生成报警指令以进行报警提示的过程具体为：

生成第二报警指令，以提示所述风力发电机组的叶片结冰。

可选的，所述获取风速风向仪检测到的风速检测值和所述风力发电机组的实际有功功率的过程包括：

获取预设时间段内的多个风速值，将多个所述风速值的平均值作为所述风速检测值；获取预设时间段内的多个有功功率值，将多个所述有功功率值的平均值作为所述实际有功功率。

一种风力发电机组结冰控制系统，包括：

判断模块，用于在风力发电机组处于结冰环境的情况下，获取风速风向仪检测到的风速检测值和所述风力发电机组的实际有功功率，判断所述实际有功功率是否超过与所述风速检测值对应的有功功率参考范围；

执行模块，用于在所述判断模块的判定结果为是时，生成停机指令以控制所述风力发电机组停机，和/或，生成报警指令以进行报警提示。

可选的，所述判断模块包括：

理论有功功率确定模块，用于在判断所述实际有功功率是否超过与所述风速检测值对应的有功功率参考范围之前，确定与所述风速检测值对应的理论有功功率；

拓宽模块，用于对所述理论有功功率进行拓宽得到所述有功功率参考范围；其中，所述理论有功功率大于所述有功功率参考范围的下限值，且所述理论有功功率小于所述有功功率参考范围的上限值。

可选的，所述判断模块包括：

第一判断子模块，用于判断所述实际有功功率是否大于与所述风速检测值对应的所述有功功率参考范围的上限值；

当所述第一判断子模块的判定结果为是时，所述执行模块包括：

第一执行子模块，用于生成第一报警指令，以提示所述风速风向仪结冰；

和/或，所述判断模块包括：

第二判断子模块，用于判断所述实际有功功率是否小于与所述风速检测值对应的有功功率参考范围的下限值；

当所述第二判断子模块的判定结果为是时，所述执行模块包括：

第二执行子模块，用于生成第二报警指令，以提示所述风力发电机组的叶片结冰。

一种电子设备，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现上述任意一种风力发电机组结冰控制方法的步骤。

一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任意一种风力发电机组结冰控制方法的步骤。

通过上述方案，本申请提供的风力发电机组结冰控制方法的有益效果在于：

本申请提供的风力发电机组结冰控制方法包括以下步骤：在风力发电机组处于结冰环境的情况下，获取风速风向仪检测到的风速检测值和风力发电机组的实际有功功率，判断实际有功功率是否超过与风速检测值对应的有功功率参考范围；若是，则生成停机指令以控制风力发电机组停机，和/或，生成报警指令以进行报警提示。

应用本申请提供的风力发电机组结冰控制方法，当气象环境满足结冰条件，若实际有功功率与风速检测值所对应的理论功率偏差较大，超过有功功率参考范围，则认为此时风力发电机组处于结冰状态。此时会直接控制风力发电机组停机，或者进行提示，使人工介入，对风力发电机组进行处理。从而避免风力发电机组长时间带冰运行，提高风力发电机组的安全性。

此外，应当理解的是，本申请提供的风力发电机组结冰控制系统及相关组件同样具备上述有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种风力发电机组结冰控制方法的流程图；

图2为本申请实施例提供的一种有功功率参考范围的示意图；

图3为本申请实施例提供的一种风力发电机组结冰控制系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

请参考图1，图1为本申请实施例提供的一种风力发电机组结冰控制方法的流程图。该风力发电机组结冰控制方法包括以下步骤：

步骤S1、在风力发电机组处于结冰环境的情况下，获取风速风向仪检测到的风速检测值和风力发电机组的实际有功功率，判断实际有功功率是否超过与风速检测值对应的有功功率参考范围。

具体的，风力发电机组出现结冰的前提，是风力发电机组处于结冰环境中。结冰环境可以通过气象传感器来监测，气象传感器可以具体安装在机舱尾部的气象桅杆上，气象传感器检测环境中的温度和湿度。根据结冰原理，当气象环境满足结冰条件，环境中的温度需小于预设温度且湿度需大于预设湿度，此时风力发电机组才可能结冰。

在风力发电机组的风速风向仪和叶片均未结冰的情况下，一个风速对应一个有功功率参考范围，当实际有功功率处于有功功率参考范围内，表明风力发电机组未出现结冰问题；当判断实际有功功率超过有功功率参考范围，则表示风速风向仪结冰，或者叶片结冰。

步骤S2、若是，则生成停机指令以控制风力发电机组停机，和/或，生成报警指令以进行报警提示。

具体的，在实际应用中，可以是直接控制风力发电机组停止运行，也可以进行报警，提示结冰故障，使人工介入。

上述实施例中的风力发电机组结冰控制方法，针对目前风力发电机组冬季出现结冰的现象，自动确定风力发电机组是否出现结冰情况，并在结冰后及时提醒人工介入或直接停机，避免风力发电机组长期带冰运行带来安全隐患，提高了风力发电机组的安全可靠性。

进一步的，在一种优选的实施例中，步骤S1中的判断实际有功功率是否超过与风速检测值对应的有功功率参考范围之前，该风力发电机组结冰控制方法还包括：

步骤S11、确定与风速检测值对应的理论有功功率；

步骤S12、对理论有功功率进行拓宽得到有功功率参考范围；其中，理论有功功率大于有功功率参考范围的下限值，且理论有功功率小于有功功率参考范围的上限值。

具体的，在正常运行的情况下，对于确定的机型，一个风速对应一个确定的理论有功功率。拓宽是指将比理论有功功率小第一浮动值的数值作为下限值，将比理论有功功率大第二浮动值的数值作为上限值，将下限值和上限值形成的区间作为有功功率参考范围。此处的第一浮动值和第二浮动值均为正数，二者可以相等也可以不等。

请参考图2，图2更加直观的表示了风速与有功功率参考范围的关系。以风速为横坐标，以风力发电机组的理论有功功率为纵坐标，可以获得理论曲线。理论曲线具有两个拐点，在风速达到第一个拐点之前，此时由于风速过低，风力发电机组不启动；在风速处于第一个拐点和第二个拐点之间时，理论有功功率与风速呈正相关，一般具体呈正比例函数；在风速达到第二个拐点之后，此时理论有功功率达到极限，即使风速增加，理论有功功率也不在增加。

将理论曲线在平面坐标系中向下浮动第一浮动值后，可以得到有功功率参考范围的下限曲线，即图2中下方的曲线；类似的，将理论曲线在平面坐标系中向上浮动第二浮动值后，可以得到有功功率参考范围的上限曲线，即图2中上方的曲线。实际有功功率处于两条曲线之间，为正常状态；实际有功功率处于两条曲线外部，均表示风力发电机组出现结冰情况。

进一步的，在一种优选的实施例中，步骤S1中的判断实际有功功率是否超过与风速检测值对应的有功功率参考范围的过程包括：

步骤S13、判断实际有功功率是否大于与风速检测值对应的有功功率参考范围的上限值；

若是，则步骤S2中的生成报警指令以进行报警提示的过程具体为：

步骤S21、生成第一报警指令，以提示风速风向仪结冰。

具体的，当风速风向仪结冰，会导致风速检测值小于风速真实值，出现“风小功率大”的情况，因此，当实际有功功率大于与风速检测值对应的有功功率的上限值时，也即实际有功功率处于有功功率参考范围的上限曲线的上方时，表示风速风向仪结冰。

在实际应用中，可以结合上限曲线的两个拐点，即(vh1,ph1)和(vh2,ph2)，出现以下三种情况时，均认为风速风向仪结冰：第一种情况，风速检测值小于默认值vh1，实际有功功率大于默认值ph1；第二种情况，风速检测值大于默认值vh2，实际有功功率大于默认值ph2；第三种情况，风速检测值大于等于默认值vh1、且小于等于默认值vh2，实际有功功率大于由默认值ph1与默认值ph2构成的有功功率限值p1，其中，p1＝ph1+v*[(ph2-ph1)/(vh2-vh1)]，v为风速检测值。在控制器进行逻辑运算时，以上三种情况可以进行依次判断，出现任意一种情况时，均进入步骤S21。

进一步的，在一种优选的实施例中，步骤S1中的判断实际有功功率是否超过与风速检测值对应的有功功率参考范围的过程包括：

步骤S14、判断实际有功功率是否小于与风速检测值对应的有功功率参考范围的下限值；

若是，则步骤S2中的生成报警指令以进行报警提示的过程具体为：

步骤S22、生成第二报警指令，以提示风力发电机组的叶片结冰。

具体的，当叶片结冰气动性能下降，会导致实际有功功率低于理论有功功率，出现“风大功率小”的情况，因此，当实际有功功率小于与风速检测值对应的有功功率的下限值时，也即实际有功功率处于有功功率参考范围的下限曲线的下方时，表示叶片结冰。

在实际应用中，可以结合下限曲线的三个拐点，即(vl1,0)、(vl1,pl1)和(vl2,pl2)，出现以下三种情况时，均认为叶片结冰：第一种情况，风速检测值小于默认值vl1，实际有功功率小于0；第二种情况，风速检测值大于默认值vl2，实际有功功率小于默认值pl2；第三种情况，风速检测值大于等于默认值vl1、且小于等于默认值vl2，实际有功功率小于由默认值pl1与默认值pl2构成的有功功率限值p2，其中，p2＝pl1+v*[(pl2-pl1)/(vl2-vl1)]，v为风速检测值。需要说明的是，(vl1,pl1)与(vl1,0)可以为同一点；为了提高容错率，优选pl1大于0。在控制器进行逻辑运算时，以上三种情况可以进行依次判断，出现任意一种情况时，均进入步骤S22。

可以理解的，风速风向仪结冰和叶片结冰为两种并列的结冰状况，在在控制器进行逻辑运算时，在风力发电机组处于结冰环境的情况下，风速风向仪结冰或者叶片结冰，均会进入步骤S2。

进一步的，在一种优选的实施例中，步骤S1中的获取风速风向仪检测到的风速检测值和风力发电机组的实际有功功率的过程包括：

步骤S15、获取预设时间段内的多个风速值，将多个风速值的平均值作为风速检测值；获取预设时间段内的多个有功功率值，将多个有功功率值的平均值作为实际有功功率。

具体的，采用平均值可以消除风速的瞬间变化所造成的误停机误报警，提高检测结果的准确性。预设时间段可以为10分钟。

请参考图3，图3为本申请实施例提供的一种风力发电机组结冰控制系统的结构示意图。该风力发电机组结冰控制系统包括：

判断模块100，用于在风力发电机组处于结冰环境的情况下，获取风速风向仪检测到的风速检测值和风力发电机组的实际有功功率，判断实际有功功率是否超过与风速检测值对应的有功功率参考范围；

执行模块200，用于在判断模块100的判定结果为是时，生成停机指令以控制风力发电机组停机，和/或，生成报警指令以进行报警提示。

进一步的，在一种优选的实施例中，判断模块100包括：

理论有功功率确定模块，用于在判断实际有功功率是否超过与风速检测值对应的有功功率参考范围之前，确定与风速检测值对应的理论有功功率；

拓宽模块，用于对理论有功功率进行拓宽得到有功功率参考范围；其中，理论有功功率大于有功功率参考范围的下限值，且理论有功功率小于有功功率参考范围的上限值。

进一步的，在一种优选的实施例中，判断模块100包括：

第一判断子模块，用于判断实际有功功率是否大于与风速检测值对应的有功功率参考范围的上限值；

当第一判断子模块的判定结果为是时，执行模块200包括：

第一执行子模块，用于生成第一报警指令，以提示风速风向仪结冰；

进一步的，在一种优选的实施例中，判断模块100包括：

第二判断子模块，用于判断实际有功功率是否小于与风速检测值对应的有功功率参考范围的下限值；

当第二判断子模块的判定结果为是时，执行模块200包括：

第二执行子模块，用于生成第二报警指令，以提示风力发电机组的叶片结冰。

进一步的，在一种优选的实施例中，判断模块100包括：

参数获取模块，用于获取预设时间段内的多个风速值，将多个风速值的平均值作为风速检测值；以及获取预设时间段内的多个有功功率值，将多个有功功率值的平均值作为实际有功功率。

该风力发电机组结冰控制系统与上述风力发电机组结冰控制方法实施例相对应，该风力发电机组结冰控制系统与上文描述的风力发电机组结冰控制方法可相互对应参照，该风力发电机组结冰控制系统具有和上述风力发电机组结冰控制方法相同的有益效果。

本申请还提供了一种电子设备，包括存储器和处理器。其中，存储器用于存储计算机程序；处理器用于执行计算机程序时实现如上文任意一个实施例所描述的风力发电机组结冰控制方法的步骤。对于本申请所提供的电子设备的介绍请参照上述风力发电机组结冰控制方法的实施例，本申请在此不再赘述。本申请所提供的一种电子设备具有和上述风力发电机组结冰控制方法相同的有益效果。

本申请还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上文任意一个实施例所描述的风力发电机组结冰控制方法的步骤。对于本申请所提供的一种计算机可读存储介质的介绍请参照上述实施例，本申请在此不再赘述。本申请所提供的一种计算机可读存储介质具有和上述风力发电机组结冰控制方法相同的有益效果。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本申请所提供的风力发电机组结冰控制方法、系统及相关组件进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的风力发电机组结冰控制方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种风力发电机组结冰控制方法，其特征在于，包括：

在风力发电机组处于结冰环境的情况下，获取风速风向仪检测到的风速检测值和所述风力发电机组的实际有功功率，判断所述实际有功功率是否超过与所述风速检测值对应的有功功率参考范围；

若是，则生成停机指令以控制所述风力发电机组停机，和/或，生成报警指令以进行报警提示。

2.根据权利要求1所述的风力发电机组结冰控制方法，其特征在于，在所述判断所述实际有功功率是否超过与所述风速检测值对应的有功功率参考范围之前，还包括：

确定与所述风速检测值对应的理论有功功率；

对所述理论有功功率进行拓宽得到所述有功功率参考范围；其中，所述理论有功功率大于所述有功功率参考范围的下限值，且所述理论有功功率小于所述有功功率参考范围的上限值。

3.根据权利要求2所述的风力发电机组结冰控制方法，其特征在于，所述判断所述实际有功功率是否超过与所述风速检测值对应的有功功率参考范围的过程包括：

判断所述实际有功功率是否大于与所述风速检测值对应的所述有功功率参考范围的上限值；

若是，则所述生成报警指令以进行报警提示的过程具体为：

生成第一报警指令，以提示所述风速风向仪结冰。

4.根据权利要求2所述的风力发电机组结冰控制方法，其特征在于，所述判断所述实际有功功率是否超过与所述风速检测值对应的有功功率参考范围的过程包括：

判断所述实际有功功率是否小于与所述风速检测值对应的有功功率参考范围的下限值；

若是，则所述生成报警指令以进行报警提示的过程具体为：

生成第二报警指令，以提示所述风力发电机组的叶片结冰。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的风力发电机组结冰控制方法，其特征在于，所述获取风速风向仪检测到的风速检测值和所述风力发电机组的实际有功功率的过程包括：

获取预设时间段内的多个风速值，将多个所述风速值的平均值作为所述风速检测值；获取预设时间段内的多个有功功率值，将多个所述有功功率值的平均值作为所述实际有功功率。

6.一种风力发电机组结冰控制系统，其特征在于，包括：

判断模块，用于在风力发电机组处于结冰环境的情况下，获取风速风向仪检测到的风速检测值和所述风力发电机组的实际有功功率，判断所述实际有功功率是否超过与所述风速检测值对应的有功功率参考范围；

执行模块，用于在所述判断模块的判定结果为是时，生成停机指令以控制所述风力发电机组停机，和/或，生成报警指令以进行报警提示。

7.根据权利要求6所述的风力发电机组结冰控制系统，其特征在于，所述判断模块包括：

理论有功功率确定模块，用于在判断所述实际有功功率是否超过与所述风速检测值对应的有功功率参考范围之前，确定与所述风速检测值对应的理论有功功率；

拓宽模块，用于对所述理论有功功率进行拓宽得到所述有功功率参考范围；其中，所述理论有功功率大于所述有功功率参考范围的下限值，且所述理论有功功率小于所述有功功率参考范围的上限值。

8.根据权利要求7所述的风力发电机组结冰控制系统，其特征在于，所述判断模块包括：

第一判断子模块，用于判断所述实际有功功率是否大于与所述风速检测值对应的所述有功功率参考范围的上限值；

当所述第一判断子模块的判定结果为是时，所述执行模块包括：

第一执行子模块，用于生成第一报警指令，以提示所述风速风向仪结冰；

和/或，所述判断模块包括：

第二判断子模块，用于判断所述实际有功功率是否小于与所述风速检测值对应的有功功率参考范围的下限值；

当所述第二判断子模块的判定结果为是时，所述执行模块包括：

第二执行子模块，用于生成第二报警指令，以提示所述风力发电机组的叶片结冰。

9.一种电子设备，其特征在于，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至5任意一项所述的风力发电机组结冰控制方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任意一项所述的风力发电机组结冰控制方法的步骤。

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