CN113446171B - 风力发电机组控制方法和装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种风力发电机组控制方法和装置，所述方法包括：S11、获取甩冰机组周围各目标对象至甩冰机组的距离；S12、根据距离及甩冰机组的叶片甩冰距离，确定目标对象中的被甩冰危险对象，被甩冰危险对象至甩冰机组的距离小于叶片甩冰距离；S13、根据甩冰机组的第一位置信息及被甩冰危险对象的第二位置信息，确定甩冰机组的危险甩冰扇区的角度范围；S14、当根据角度范围，确定甩冰机组的机舱在危险甩冰扇区内，且甩冰机组所在位置的第一风速大于或等于扇区控制最小风速值时，控制甩冰机组进入防甩冰扇区控制模式；S15、在防甩冰扇区控制模式下，获取甩冰机组的结冰程度，并根据结冰程度，判断是否控制甩冰机组降功率或停机。

Description

风力发电机组控制方法和装置

技术领域

本申请涉及风力发电机组领域，尤其涉及一种风力发电机组控制方法和装置。

背景技术

风力发电机组运行环境恶劣，需要经受高低温、风尘、雨水及盐雾等条件，尤其在寒冷潮湿地区容易带来叶片结冰问题，而结冰往往会导致以下问题：(1)、引起风轮不平衡，叶片振动和载荷增加；(2)、降低叶片气动性能，影响机组出力；(3)、叶片甩冰带来潜在的安全问题。因此，叶片结冰会影响风力发电机组运行安全和发电效益。

叶片结冰一直是风电行业的热点和难点问题，覆冰运行时机组存在较大安全隐患。目前，基于叶片结冰检测方法和除冰方法相关研究成果较多，如以机组运行数据为基础，使用功率曲线分析法来判断，当实发功率与理论功率偏差过大时，判断叶片结冰。同时，如果在机舱上安装结冰传感器，结合功率曲线分析法进行检测，可以大大增加判断准确性。还有一些结冰检测方法如基于叶片固有频率和温度的判别方法，当叶片固有频率发生变化且温度低于预设范围，判断叶片结冰；或者通过测量叶片振动固有频率，结合SCADA数据来判断叶片结冰情况。

叶片除冰方法主要有加热除冰，是通过在叶片内部安装加热系统来除冰。除此之外，还有一些主动防结冰方法，比如通过特殊涂料来减小冰的附着力，降低叶片结冰概率。然而，至今没有找到一种低成本的除冰及防结冰方法。一方面，叶片加热会带来成本、自耗电和后期维护等诸多问题；另一方面，涂料只能减缓叶片覆冰，时间久了容易脱落和失效。

发明内容

本申请提供一种风力发电机组控制方法和装置。

具体地，本申请是通过如下技术方案实现的：

本申请实施例的第一方面，提供一种风力发电机组控制方法，包括：

获取甩冰机组周围各目标对象至所述甩冰机组的距离；

根据所述距离及所述甩冰机组的叶片甩冰距离，确定所述目标对象中的被甩冰危险对象，所述被甩冰危险对象至所述甩冰机组的距离小于所述叶片甩冰距离；

根据所述甩冰机组的第一位置信息及所述被甩冰危险对象的第二位置信息，确定所述甩冰机组的危险甩冰扇区的角度范围；

当根据所述角度范围，确定所述甩冰机组的机舱在所述危险甩冰扇区内，且所述甩冰机组所在位置的第一风速大于或等于扇区控制最小风速值时，控制所述甩冰机组进入防甩冰扇区控制模式；

在所述防甩冰扇区控制模式下，获取所述甩冰机组的结冰程度，并根据所述结冰程度，判断是否控制所述甩冰机组降功率或停机。

可选地，所述根据所述结冰程度，判断是否控制所述甩冰机组降功率或停机，包括：

当所述结冰程度为第一结冰程度时，判断是否控制所述甩冰机组降功率或停机；

其中，当所述结冰程度为第一结冰程度时，所述甩冰机组的结冰厚度位于第一厚度范围和/或结冰面积位于第一面积范围，所述第一厚度范围的最小值及所述第一面积范围的最小值均大于0。

可选地，当所述结冰程度为第一结冰程度时，判断是否控制所述甩冰机组降功率或停机，包括：

当所述结冰程度为第一结冰程度时，获取所述危险甩冰扇区的第二风速及所述甩冰机组的限功率系数；

当所述第二风速大于或等于限功率最小风速值，且所述限功率系数小于预设功率阈值时，控制所述甩冰机组降功率；

当所述第二风速大于或等于停机最小风速值时，控制所述甩冰机组停机；

其中，所述停机最小风速值大于所述限功率最小风速值，所述限功率系数、所述限功率最小风速值及停机最小风速值均为根据所述甩冰机组的实时载荷确定。

可选地，所述方法还包括：

在控制所述甩冰机组降功率的同时，输出报警信息和/或显示所述甩冰机组处于降功率状态和/或将所述甩冰机组降功率的信息反馈至所述甩冰机组的SCADA系统。

可选地，所述限功率系数为通过读取所述甩冰机组的参数化文件获得或根据风速和降功率系数关系表查表获得。

可选地，根据所述结冰程度，判断是否控制所述甩冰机组降功率或停机，包括：

当所述结冰程度为第二结冰程度时，控制所述甩冰机组停机；

其中，当所述结冰程度为第二结冰程度时，所述甩冰机组的结冰厚度位于第二厚度范围和/或结冰面积位于第二面积范围，所述第二厚度范围的最小值大于第一厚度范围的最大值和/或所述第二面积范围的最小值大于第一面积范围的最大值。

可选地，当所述结冰程度为第二结冰程度时，控制所述甩冰机组停机之前，还包括：

当所述结冰程度为第二结冰程度时，获取所述甩冰机组的振动信息；

判断所述振动信息是否大于或等于异常振动值；

当所述振动信息大于或等于异常振动值时，确定所述结冰程度为第二结冰程度；

当所述振动信息小于所述异常振动值时，确定所述结冰程度为第一结冰程度。

可选地，所述结冰程度为外部发送。

可选地，所述获取所述甩冰机组的结冰程度，包括：

获取所述甩冰机组的结冰信息；

根据所述结冰信息，确定所述甩冰机组的结冰程度。

可选地，所述结冰状态信息包括所述甩冰机组的结冰传感器检测获得的结冰参数和/或气象传感器检测获得的气象参数，其中，所述结冰参数包括结冰速率、结冰厚度和结冰方向和结冰面积中的至少一种，所述气象参数包括空气温度、露点温度和相对湿度中的至少一种。

可选地，所述目标对象包括其他风力发电机组。

可选地，当所述甩冰机组高于所述被甩冰危险对象时，所述叶片甩冰距离为基于所述甩冰机组的风力直径、轮毂中心高度及所述甩冰机组与所述被甩冰危险对象的高度差确定；

当所述甩冰机组低于所述被甩冰危险对象时，所述叶片甩冰距离为基于所述甩冰机组的风力直径及轮毂中心高度确定。

可选地，所述根据所述距离及所述甩冰机组的叶片甩冰距离，确定所述目标对象中的被甩冰危险对象，包括：

确定所述距离小于或等于所述叶片甩冰距离的目标对象为甩冰危险对象。

可选地，所述根据所述距离及所述甩冰机组的叶片甩冰距离，确定所述目标对象中的被甩冰危险对象，包括：

确定所述距离小于或等于所述叶片甩冰距离，且与所述甩冰机组的连线平行于所述甩冰机组的叶片迎风面的目标对象为被甩冰危险对象。

可选地，所述根据所述甩冰机组的第一位置信息及所述被甩冰危险对象的第二位置信息，确定所述甩冰机组的危险甩冰扇区的角度范围，包括：

根据所述甩冰机组的第一位置信息及所述被甩冰危险对象的第二位置信息，确定所述甩冰机组和所述被甩冰危险对象的连线与预设坐标系的第一预设轴的夹角；

根据所述夹角及预设的危险甩冰角度阈值，确定所述甩冰机组的危险甩冰扇区的角度范围；

其中，所述预设坐标系以所述甩冰机组的轮毂中心为原点，所述预设坐标系的第二预设轴的正方向指向正北方向，所述第一预设轴垂直于所述第二预设轴，且所述第一预设轴和所述第二预设轴均平行于水平面。

可选地，当x1<x2且y1≤y2，或者x1>x2且y1≥y2时，所述甩冰机组的危险甩冰扇区的角度范围包括：[180-α-β,180-α+β]及[360-α-β,360-α+β]；

当x1<x2且y1>y2，或者x1>x2且y1<y2时，所述甩冰机组的危险甩冰扇区的角度范围包括：[α-β,α+β]及[180+α-β,180+α+β]；

当x1＝x2时，所述甩冰机组的危险甩冰扇区的角度范围包括：[90-β,90+β]、[270-β,270+β]；

其中，α为所述夹角，β为所述危险甩冰角度阈值，x1、y1分别为所述第一位置信息中的所述第一预设轴的坐标值和所述第二预设轴的坐标值，x2、y2分别为所述第二位置信息中的所述第一预设轴的坐标值和所述第二预设轴的坐标值。

本申请实施例的第二方面，提供一种风力发电机组控制装置，包括一个或多个处理器，用于实现第一方面中任一项所述的风力发电机组控制方法。

本申请实施例的第三方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时，实现第一方面中任一项所述的风力发电机组控制方法。

根据本申请实施例提供的技术方案，当甩冰机组的机舱在危险甩冰扇区内，且甩冰机组所在位置的第一风速大于或等于扇区控制最小风速值时，控制甩冰机组进入防甩冰扇区控制模式，在防甩冰扇区控制模式下，根据甩冰机组的结冰程度，判断是否控制甩冰机组降功率或停机，可有效减少甩冰机组甩冰对被甩冰危险对象所带来的安全性问题，并且该防甩冰方法成本低。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

图1是本申请一示例性实施例示出的一种风力发电机组控制方法的流程示意图；

图2是本申请一示例性实施例示出的一种甩冰机组与被甩冰危险对象的位置关系示意图；

图3是本申请一示例性实施例示出的一种结冰检测系统的结构示意图；

图4是本申请一示例性实施例示出的一种风场的示意图；

图5是本申请一示例性实施例示出的一种风力发电机组控制装置的结构示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

下面结合附图，对本申请的风力发电机组控制方法和装置进行详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施方式中的特征可以相互组合。

需要说明的是，一个风电场可能包括多个风力发电机组，任一风力发电机组均可作为甩冰机组，相对于甩冰机组，其他风力发电组即为被甩冰机组。

例如，一个风电场可包括风力发电机组A、B、C和D，若风力发电机组A为甩冰机组，风力发电机组B、C和D则为被甩冰机组；若风力发电机组B为甩冰机组，风力发电机组A、C和D则为被甩冰机组；若风力发电机组C为甩冰机组，风力发电机组A、B和D则为被甩冰机组；若风力发电机组D为甩冰机组，风力发电机组A、B和C则为被甩冰机组。

图1是本申请一示例性实施例示出的一种风力发电机组控制方法的流程示意图；本申请实施例的风力发电组控制方法的执行主体可以为甩冰机组，也可以为设于甩冰机组的独立控制器。

请参见图1，本申请实施例的风力发电机组控制方法可包括步骤S11～S15。

其中，在S11中、获取甩冰机组周围各目标对象至甩冰机组的距离。

目标对象可包括其他风力发电机组，即除甩冰机组外的其他风力发电机组。在另外一些实施例中，除包括其他风力发电机组外，目标对象还可包括房屋、道路或人员等，具体可以根据需要选择目标对象。

下述实施例中，以目标对象为其他风力发电机组为例进行说明，除甩冰机组周围其他风力发电机组外，如果存在道路、房屋或其他建筑物也在被甩冰范围内，可采用同样的防甩冰控制方法。

两个风力发电机组的距离计算公式如下：

公式(1)中，i、j分别为两个风力发电机组的序号，(X₁，Y₁)为风力发电机组1的位置信息，(X₂，Y₂)为风力发电机组2的位置信息。

在S12中、根据距离及甩冰机组的叶片甩冰距离，确定目标对象中的被甩冰危险对象，被甩冰危险对象至甩冰机组的距离小于叶片甩冰距离。

叶片甩冰距离S的公式可为：

S＝1.5*(D+H)    (2)；

公式(2)中，D为甩冰机组的风轮直径，H为轮毂中心高度。

由于风电场通常在山区，故对于山地风电场，需要考虑不同机位点存在的高度差h_ij。故在本申请实施例中，当甩冰机组高于被甩冰危险对象时，叶片甩冰距离为基于甩冰机组的风力直径、轮毂中心高度及甩冰机组与被甩冰危险对象的高度差确定；当甩冰机组低于被甩冰危险对象时，叶片甩冰距离为基于甩冰机组的风力直径及轮毂中心高度确定。

其中，对于高甩低，需考虑两个风力发电机组(包括甩冰风力发电机组i和被甩冰风力发电机组j)的海拔落差，叶片甩冰距离的公式可为：

S_ij,i＜j＝1.5*(D+H+h_ij)    (3)；

对于低甩高，可不考虑两个风力发电机组的海拔差，叶片甩冰距离的公式可为：

S_ij,i＜j＝1.5*(D+H)    (4)。

在一些实施例中，若被甩冰机组至甩冰机组的距离L_ij,i＜j小于或等于叶片甩冰距离S_ij,i＜j，即：

L_ij,i＜j＜＝S_ij,i＜j    (5)；

则表明被甩冰机组为被甩冰危险对象，也即，确定距离小于或等于叶片甩冰距离的被甩冰机组为甩冰危险对象，需要考虑可能的甩冰扇区对被甩冰危险对象所带来的安全性问题。

在另外一些实施例中，确定距离小于或等于叶片甩冰距离，且与甩冰机组的连线平行于甩冰机组的叶片迎风面的甩冰危险对象为被甩冰危险对象，需要考虑可能的甩冰扇区对被甩冰危险对象所带来的安全性问题。本实施例中，同时考虑被甩冰机组与甩冰机组的距离相对叶片甩冰距离的大小以及被甩冰机组与甩冰机组的连线相对叶片迎风面的位置关系，在这种情况下，甩冰机组发生甩冰时周围风力发电机组(或其他目标对象)被击中的概率最大。示例性的，对于甩冰机组A和被甩冰机组B，当被甩冰机组B与甩冰机组A的距离小于叶片甩冰距离S_ij,i＜j，且甩冰机组A的叶片迎风面(甩冰机组A的机舱位置与迎风面垂直)与两个机组连线AB在平行面(即AB平行于甩冰机组A的叶片迎风面)时，判断被甩冰机组B为被甩冰危险对象。

应当理解地，若被甩冰机组至甩冰机组的距离L_ij,i＜j大于叶片甩冰距离S_ij,i＜j，则表明被甩冰机组不是被甩冰危险对象，此时，被甩冰机组不存在被甩冰的风险。本申请实施例中，当步骤S12中确定目标对象中存在被甩冰危险对象时，才会继续执行步骤S13～S15；当步骤S12中确定目标对象中不存在被甩冰危险对象时，甩冰机组可以按照原始发电控制模式继续运行。

在S13中、根据甩冰机组的第一位置信息及被甩冰危险对象的第二位置信息，确定甩冰机组的危险甩冰扇区的角度范围。

一种根据甩冰机组的第一位置信息及被甩冰危险对象的第二位置信息，确定甩冰机组的危险甩冰扇区的角度范围的实现过程可包括但不限于如下步骤：

(1)、根据甩冰机组的第一位置信息及被甩冰危险对象的第二位置信息，确定甩冰机组和被甩冰危险对象的连线与预设坐标系的第一预设轴的夹角；

其中，预设坐标系以甩冰机组的轮毂中心为原点，预设坐标系的第二预设轴的正方向指向正北方向，第一预设轴垂直于第二预设轴，且第一预设轴和第二预设轴均平行于水平面。

(2)、根据夹角及预设的危险甩冰角度阈值，确定甩冰机组的危险甩冰扇区的角度范围。

可根据两个甩冰机组的位置关系计算甩冰机组的机舱位置，满足结冰状态时以甩冰机组的机舱正负危险甩冰角度阈值范围内所在区间为危险甩冰扇区，危险甩冰角度阈值的大小可以为8度、10度或其他，危险甩冰角度阈值的大小可根据实际需求调整。

例如，对于甩冰机组A和被甩冰机组B，当甩冰机组A的叶片迎风面(甩冰机组A的机舱位置与迎风面垂直)与两个机组连线AB在平行面(即AB平行于甩冰机组A的叶片迎风面)时，被甩冰机组B在被甩冰的危险区域，假设甩冰机组A的偏航实时对风，忽略偏航误差的影响，甩冰机组A的机舱始终与AB连线垂直，扇区的划分以正北为零度、机舱顺时针0-360度为完整扇区。

设定A为甩冰机组，B为被甩冰危险对象，以甩冰机组A的轮毂中心为坐标原点，横轴X(即第一预设轴)、纵轴Y(即第二预设轴)为分界线，纵轴正方向为正北方向，被甩冰危险对象B可能出现在I、II、III、IV四个象限内。设甩冰机组A在预设坐标系AXY的坐标(x1，y1)，被甩冰危险对象B在预设坐标系AXY的坐标为(x2，y2)，则AB连线与横轴的夹角α可以通过以下公式计算得出：

其中，α∈[0,90)，如图2所示，甩冰机组A与被甩冰危险对象B存在以下四种位置关系：

I、若x1<x2且y1≤y2，则被甩冰危险对象B在预设坐标系AXY中B1位置，经计算甩冰机组A的机舱正反方向角度分别为(180°-α)和(360°-α)，甩冰机组A的危险甩冰扇区的角度范围包括：[180-α-β,180-α+β]及[360-α-β,360-α+β]；

II、若x1<x2且y1>y2，则被甩冰危险对象B在预设坐标系AXY中B2位置，经计算甩冰机组A的机舱正反方向角度分别为α和(180°+α)，甩冰机组A的危险甩冰扇区的角度范围包括：[α-β,α+β]及[180+α-β,180+α+β]；

III、若x1>x2且y1≥y2，则被甩冰危险对象B在预设坐标系AXY中B3位置，经计算甩冰机组A的机舱正反方向角度分别为(180°-α)和(360°-α)，甩冰机组A的危险甩冰扇区的角度范围包括：[180-α-β,180-α+β]及[360-α-β,360-α+β]；

IV、若x1>x2且y1<y2，则被甩冰危险对象B在预设坐标系AXY中B4位置，经计算甩冰机组A的机舱正反方向角度分别为α和(180°+α)，甩冰机组A的危险甩冰扇区的角度范围包括：[α-β,α+β]及[180+α-β,180+α+β]；

若x1＝x2，则α＝90°，甩冰机组的危险甩冰扇区的角度范围包括：[90-β,90+β]、[270-β,270+β]；

其中，α为夹角，β为危险甩冰角度阈值。

应当理解地，当甩冰机组A的机舱在危险甩冰扇区内时，被甩冰危险对象B则可能存在被甩冰的风险；当甩冰机组A的机舱不在危险甩冰扇区内时，被甩冰危险对象B则没有被甩冰的风险。

在S14中、当根据角度范围，确定甩冰机组的机舱在危险甩冰扇区内，且甩冰机组所在位置的第一风速大于或等于扇区控制最小风速值时，控制甩冰机组进入防甩冰扇区控制模式。

当第一风速大于或等于扇区控制最小风速值时，甩冰机组的叶片所结的冰会被甩出，甩出的冰可能会对被甩冰危险对象带来安全性问题；当第一风速小于扇区控制最小风速值时，甩冰机组的叶片所结的冰不会被甩出，此时，甩冰机组不会对被甩冰危险对象带来安全性问题，甩冰机组可以按照原始发电控制模式继续运行。

即当甩冰机组的机舱在危险甩冰扇区内，但第一风速小于扇区控制最小风速值时，甩冰机组不会对被甩冰危险对象带来安全性问题，甩冰机组可以按照原始发电控制模式继续运行。

其中，根据角度范围，判断甩冰机组的机舱是否在危险甩冰扇区内以及判断甩冰机组所在位置的第一风速大于或等于扇区控制最小风速值这两个步骤可以同步执行，也可以先后执行。

例如，先根据角度范围，判断甩冰机组的机舱是否在危险甩冰扇区内，再判断甩冰机组所在位置的第一风速大于或等于扇区控制最小风速值，具体可包括如下步骤：

步骤一、根据角度范围，判断甩冰机组的机舱是否在危险甩冰扇区内，若根据角度范围，确定甩冰机组的机舱在危险甩冰扇区内，则进入步骤二；若根据角度范围，确定甩冰机组的机舱不在危险甩冰扇区内，则进入步骤三；

步骤二、判断甩冰机组所在位置的第一风速大于或等于扇区控制最小风速值，若第一风速大于或等于扇区控制最小风速值，则控制甩冰机组进入防甩冰扇区控制模式；若第一风速小于扇区控制最小风速值，则控制甩冰机组按照原始发电控制模式继续运行；

步骤三、控制甩冰机组按照原始发电控制模式继续运行。

先判断甩冰机组所在位置的第一风速大于或等于扇区控制最小风速值，再根据角度范围，判断甩冰机组的机舱是否在危险甩冰扇区内，具体可包括如下步骤：

步骤一、判断甩冰机组所在位置的第一风速大于或等于扇区控制最小风速值，若第一风速大于或等于扇区控制最小风速值，则进入步骤二；若第一风速小于扇区控制最小风速值，则进入步骤三；

步骤二、根据角度范围，判断甩冰机组的机舱是否在危险甩冰扇区内，若根据角度范围，判断甩冰机组的机舱在危险甩冰扇区内，则控制甩冰机组进入防甩冰扇区控制模式；若根据角度范围，判断甩冰机组的机舱不在危险甩冰扇区内，则控制甩冰机组按照原始发电控制模式继续运行；

步骤三、控制甩冰机组按照原始发电控制模式继续运行。

上述实施例中，根据角度范围，判断甩冰机组的机舱是否在危险甩冰扇区内的实现过程可以包括：获取甩冰机组的机舱相对第一预设轴的角度值，当该角度值在上述角度范围内时，确定甩冰机组的机舱在危险甩冰扇区内；当该角度值在上述角度范围外时，确定甩冰机组的机舱不在危险甩冰扇区内。

在S15中、在防甩冰扇区控制模式下，获取甩冰机组的结冰程度，并根据结冰程度，判断是否控制甩冰机组降功率或停机。

在一些实施例中，结冰程度为外部发送，例如，外部控制器获取甩冰机组的结冰信息，并根据结冰信息，确定甩冰机组的结冰程度，然后将确定出的甩冰机组的结冰程度发送给甩冰机组。

在另外一些实施例中，由甩冰机组判断其结冰程度，例如，获取甩冰机组的结冰程度可包括：获取甩冰机组的结冰信息；根据结冰信息，确定甩冰机组的结冰程度。

上述实施例中，结冰状态信息可包括甩冰机组的结冰传感器检测获得的结冰参数和/或气象传感器检测获得的气象参数，其中，结冰参数包括结冰速率、结冰厚度和结冰方向和结冰面积中的至少一种，气象参数包括空气温度、露点温度和相对湿度中的至少一种。应当理解地，结冰参数不限于上述列举的结冰参数，气象参数也不限于上述列举的气象参数，还可包括其他。

结冰传感器包括第一结冰传感器和/或第二结冰传感器，其中，第一结冰传感器可以检测1到80毫米之间的水、冻雨和积冰，第二结冰传感器可检测0.1到5毫米之间的水、冻雨和冰。通过第一结冰传感器和/或第二结冰传感器检测获得结冰速率、结冰厚度和结冰方向和结冰面积中的至少一种。

在一些实施例中，第一结冰传感器包括三个以三角形排列的金属棒，第一结冰传感器可包括一个PT100传感器，用于监测叶片的表面温度。第一结冰传感器的传感器头不包含加热功能。

在一些实施例中，第二结冰传感器包括三个相互成120°角排列的传感器板，这结构排布便于确定结冰方向。第二结冰传感器可包括一个PT100传感器，用于监测叶片表面温度。第二结冰传感器的传感器头和用于固定传感器头的金属棒可以使用电源(如24V AC/DC电源或其他电源)单独加热，防止第二结冰传感器结冰。

气象传感器可包括温度湿度传感器，如T/rH温度湿度传感器，通过温度湿度传感器检测获得的气象参数来验证由上述结冰传感器检测获得的结冰参数，如此，可以高度可靠地检测结冰事件。

如图3所示，结冰传感器包括第一结冰传感器和第二结冰传感器，气象传感器包括温度湿度传感器，即通过温度湿度传感器测量气象参数和结冰传感器测量参考面实际结冰参数，从而判断出结冰程度。

再次参见图3，结冰传感器和气象传感器分别与结冰检测系统控制器连接，结冰传感器检测获得的结冰参数和气象传感器检测获得的气象参数分别传输给结冰检测系统控制器，结冰检测系统控制器可对结冰参数和气象参数进行数据可靠性检测，在确定数据可靠后，结冰检测系统控制器可根据结冰参数和气象参数确定甩冰机组的结冰程度并将确定出的结冰程度传输给甩冰机组的主控，或者结冰检测系统控制器将结冰参数和气象参数传输给甩冰机组的主控，由甩冰机组的主控根据结冰参数和气象参数确定该甩冰机组的结冰程度。其中，结冰检测系统控制器与主控之间可基于RS485通讯连接，也可基于其他通讯协议连接。

结冰检测系统控制器还连接数据的接口处理设备，如PC或数据记录仪DataLogger以及电源。如图3所示，通过数据记录仪Data Logger连接USB本地下载数据(可包括上述结冰状态信息，除此之外，还可包括摄像头采集的图像数据)，也可上传数据到互联网或云服务器，远程访问和下载数据。

另外，主控还可将结冰状态信息分享给甩冰机组的SCADA(Supervisory ControlAnd Data Acquisition)系统。

为了降低成本，可将甩冰机组的结冰状态信息等传输到全风场，通过SCADA系统共享场级的新型传输方式，将结冰状态信息传送到各个风力发电机组上，让其他风力发电机组获得有效的结冰状态信息，方便所有的关联风力发电机组做出有效的判定。

SCADA系统作为全场的信息传输媒介，可以将单台风力发电机组的有效信息传送到全场其他风力发电机组上。SCADA系统在结冰控制中作用有如下几点：

(1)、将有结冰传感器和气象传感器的风力发电机组的结冰状态信息传递至没有结冰传感器和气象传感器的其他风力发电机组，从而使得全场风力发电机组获得结冰状态信息；

(2)、将主控自动计算出的甩冰和被甩冰风险的机组信息，通过Modbus传给SCADA，再经过SCADA将相邻甩冰风险和被甩冰风险的风力发电机组的偏航位置、风向等信息共享，从而使得全场有甩冰风险的风力发电机组之间可以有效传递信息，达到信息互通。

结冰程度可包括第一结冰程度和第二结冰程度，其中，当结冰程度为第一结冰程度时，甩冰机组的结冰厚度位于第一厚度范围和/或结冰面积位于第一面积范围，第一厚度范围的最小值及第一面积范围的最小值均大于0；当结冰程度为第二结冰程度时，甩冰机组的结冰厚度位于第二厚度范围和/或结冰面积位于第二面积范围，第二厚度范围的最小值大于第一厚度范围的最大值和/或第二面积范围的最小值大于第一面积范围的最大值。即第一结冰程度的结冰厚度小于第二结冰程度的结冰厚度和/或第一结冰程度的结冰面积小于第二结冰程度的结冰面积。而在另外一些实施例中，结冰程度可划分为其他等级。

其中，在一些实施例中，根据结冰程度，判断是否控制甩冰机组降功率或停机包括：当结冰程度为第一结冰程度时，判断是否控制甩冰机组降功率或停机。

可选地，当结冰程度为第一结冰程度时，获取危险甩冰扇区的第二风速及甩冰机组的限功率系数；当第二风速大于或等于限功率最小风速值，且限功率系数小于预设功率阈值时，控制甩冰机组降功率；当第二风速大于或等于停机最小风速值时，控制甩冰机组停机；当第二风速小于限功率最小风速值时，控制甩冰机组按照原始发电控制模式继续运行。

其中，停机最小风速值大于限功率最小风速值，限功率系数、限功率最小风速值及停机最小风速值均为根据甩冰机组的实时载荷确定。

可选地，在一些实施例中，限功率系数为通过读取甩冰机组的参数化文件获得；在另外一些实施例中，限功率系数为根据风速(即甩冰机组当前所在位置处的风速)和降功率系数关系表查表获得。

预设功率阈值可以为1，也可以为其他阈值大小。

可选地，风力发电机组控制方法还可包括：在控制甩冰机组降功率的同时，输出报警信息和/或显示甩冰机组处于降功率状态和/或将甩冰机组降功率的信息反馈至风力发电机组的SCADA系统。

例如，可以通过声音信号、光信号、文字/图形输出等中的一种或多种组合以输出报警信息和/或显示风力发电机处于降功率状态。

将甩冰机组降功率的信息反馈至风力发电机组的SCADA系统，可以让其他风力发电机组共享该信息。

在一些实施例中，根据结冰程度，判断是否控制甩冰机组降功率或停机可包括：当结冰程度为第二结冰程度时，控制甩冰机组停机。其中，当结冰程度为第二结冰程度，且第二风速大于或等于停机最小风速值时，控制甩冰机组停机；当结冰程度为第二结冰程度，但第二风速小于停机最小风速值时，控制甩冰机组按照原始发电控制模式继续运行。

上述实施例中，还可在控制甩冰机组停机的同时，显示甩冰机组处于停机状态和/或将甩冰机组停机信息反馈到SCADA系统，并记录停机过程数据。

上述实施例中，当甩冰机组的机舱不在危险甩冰扇区内，或者第一风速小于扇区控制最小风速值，或者结冰程度为第一结冰程度且第二风速小于限功率最小风速值，或者结冰程度为第二结冰程度且第二风速小于停机最小风速值时，甩冰机组由防甩冰扇区控制模式切换成原始发电控制模式。

此外，当结冰程度为第二结冰程度时，还可基于甩冰机组的振动信息进一步判断结冰程度判断是否准确，可选地，当结冰程度为第二结冰程度时，控制甩冰机组停机之前，还包括：当结冰程度为第二结冰程度时，获取甩冰机组的振动信息；判断振动信息是否大于或等于异常振动值；当振动信息大于或等于异常振动值时，确定结冰程度为第二结冰程度；当振动信息小于异常振动值时，确定结冰程度为第一结冰程度。应当理解地，结冰程度与振动信息的大小相关，当结冰越严重时，振动信息的大小越大，故可根据振动信息的大小进一步判断结冰程度是否判断准确，提高扇区控制准确性。

如图4所示，在某地某风电场中，该风电场安装34台风力发电机组，经过计算，13号风力发电机组和14号风力发电机组距离过近，存在甩冰风险，可按如下步骤实现防甩冰控制：

(1)、控制甩冰机组偏航指北、进行甩冰机组的危险甩冰扇区的角度范围自动化计算以及初始化参数读取等相关步骤；这里设定14号机组为A机组，13号机组为B机组，获取A、B机组的坐标分别为A(38541657.1，2889323，1199.6)、B(385414444.74，2889311.5，1135.4)，经过计算α＝3°，得出A机组或B机组的机舱正反方向角度分别为177°和357°，从而计算甩冰扇区角度为[167,187]和[347,367]。

(2)、当A机组和/或B机组的机舱在危险甩冰扇区内，且环境风速(即上述实施例中的第一风速)大于或等于扇区控制最小风速值时，A机组和/或B机组进入防甩冰扇区控制模式，包括扇区控制使能开关使能、风机号匹配逻辑判断、扇区风速区间判断、机舱位置区间判定等逻辑判断。

(3)、通过A机组和/或B机组上安装的结冰检测系统，获取对应机组的叶片的结冰状态信息，包括空气温度、露点温度、相对湿度、结冰状态、结冰速率、结冰厚度、结冰方向等，进一步基于结冰状态信息确定A机组和/或B机组的结冰程度；

(4)、根据A机组和/或B机组的结冰程度，控制A、B机组降功率或停机，记录并反馈过程数据。

本申请实施例的风力发电机组控制方法，当甩冰机组的机舱在危险甩冰扇区内，且甩冰机组所在位置的第一风速大于或等于扇区控制最小风速值时，控制甩冰机组进入防甩冰扇区控制模式，在防甩冰扇区控制模式下，根据甩冰机组的结冰程度，判断是否控制甩冰机组降功率或停机，可有效减少甩冰机组甩冰对被甩冰危险对象所带来的安全性问题，并且该防甩冰方法成本低。

参见图5，本申请实施例还提供一种风力发电机组控制装置，包括一个或多个处理器，用于实现上述实施例所述的风力发电机组控制方法。

风力发电机组装置的实施例可以应用在风力发电机组上。装置实施例可以通过软件实现，也可以通过硬件或者软硬件结合的方式实现。以软件实现为例，作为一个逻辑意义上的装置，是通过其所在风力发电机组的处理器将非易失性存储器中对应的计算机程序指令读取到内存中运行形成的。从硬件层面而言，如图5所示，为本申请风力发电机组装置所在风力发电机组的一种硬件结构图，除了图5所示的处理器、内部总线、内存、网络接口、以及非易失性存储器之外，实施例中装置所在的风力发电机组通常根据该风力发电机的实际功能，还可以包括其他硬件，对此不再赘述。

本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时，实现上述实施例所述的风力发电机组控制方法。

所述计算机可读存储介质可以是前述任一实施例所述的风力发电机组的内部存储单元，例如硬盘或内存。所述计算机可读存储介质也可以是风力发电机组的外部存储设备，例如所述设备上配备的插接式硬盘、智能存储卡(Smart Media Card，SMC)、SD卡、闪存卡(Flash Card)等。进一步的，所述计算机可读存储介质还可以既包括风力发电机组的内部存储单元也包括外部存储设备。所述计算机可读存储介质用于存储所述计算机程序以及所述风力发电机组所需的其他程序和数据，还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims (17)

1.一种风力发电机组控制方法，其特征在于，包括：

获取甩冰机组周围各目标对象至所述甩冰机组的距离；

根据所述距离及所述甩冰机组的叶片甩冰距离，确定所述目标对象中的被甩冰危险对象，所述被甩冰危险对象至所述甩冰机组的距离小于所述叶片甩冰距离；其中，当所述甩冰机组高于所述被甩冰危险对象时，所述叶片甩冰距离为基于所述甩冰机组的风力直径、轮毂中心高度及所述甩冰机组与所述被甩冰危险对象的高度差确定；当所述甩冰机组低于所述被甩冰危险对象时，所述叶片甩冰距离为基于所述甩冰机组的风力直径及轮毂中心高度确定；

根据所述甩冰机组的第一位置信息及所述被甩冰危险对象的第二位置信息，确定所述甩冰机组的危险甩冰扇区的角度范围；

当根据所述角度范围，确定所述甩冰机组的机舱在所述危险甩冰扇区内，且所述甩冰机组所在位置的第一风速大于或等于扇区控制最小风速值时，控制所述甩冰机组进入防甩冰扇区控制模式；

在所述防甩冰扇区控制模式下，获取所述甩冰机组的结冰程度，并根据所述结冰程度，判断是否控制所述甩冰机组降功率或停机。

2.根据权利要求1所述的风力发电机组控制方法，其特征在于，所述根据所述结冰程度，判断是否控制所述甩冰机组降功率或停机，包括：

当所述结冰程度为第一结冰程度时，判断是否控制所述甩冰机组降功率或停机；

其中，当所述结冰程度为第一结冰程度时，所述甩冰机组的结冰厚度位于第一厚度范围和/或结冰面积位于第一面积范围，所述第一厚度范围的最小值及所述第一面积范围的最小值均大于0。

3.根据权利要求2所述的风力发电机组控制方法，其特征在于，当所述结冰程度为第一结冰程度时，判断是否控制所述甩冰机组降功率或停机，包括：

当所述结冰程度为第一结冰程度时，获取所述危险甩冰扇区的第二风速及所述甩冰机组的限功率系数；

当所述第二风速大于或等于限功率最小风速值，且所述限功率系数小于预设功率阈值时，控制所述甩冰机组降功率；

当所述第二风速大于或等于停机最小风速值时，控制所述甩冰机组停机；

其中，所述停机最小风速值大于所述限功率最小风速值，所述限功率系数、所述限功率最小风速值及停机最小风速值均为根据所述甩冰机组的实时载荷确定。

4.根据权利要求3所述的风力发电机组控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

在控制所述甩冰机组降功率的同时，输出报警信息和/或显示所述甩冰机组处于降功率状态和/或将所述甩冰机组降功率的信息反馈至所述甩冰机组的SCADA系统。

5.根据权利要求3所述的风力发电机组控制方法，其特征在于，所述限功率系数为通过读取所述甩冰机组的参数化文件获得或根据风速和降功率系数关系表查表获得。

6.根据权利要求1或2所述的风力发电机组控制方法，其特征在于，根据所述结冰程度，判断是否控制所述甩冰机组降功率或停机，包括：

当所述结冰程度为第二结冰程度时，控制所述甩冰机组停机；

其中，当所述结冰程度为第二结冰程度时，所述甩冰机组的结冰厚度位于第二厚度范围和/或结冰面积位于第二面积范围，所述第二厚度范围的最小值大于第一厚度范围的最大值和/或所述第二面积范围的最小值大于第一面积范围的最大值。

7.根据权利要求6所述的风力发电机组控制方法，其特征在于，当所述结冰程度为第二结冰程度时，控制所述甩冰机组停机之前，还包括：

当所述结冰程度为第二结冰程度时，获取所述甩冰机组的振动信息；

判断所述振动信息是否大于或等于异常振动值；

当所述振动信息大于或等于异常振动值时，确定所述结冰程度为第二结冰程度；

当所述振动信息小于所述异常振动值时，确定所述结冰程度为第一结冰程度。

8.根据权利要求1所述的风力发电机组控制方法，其特征在于，所述结冰程度为外部发送。

9.根据权利要求1所述的风力发电机组控制方法，其特征在于，所述获取所述甩冰机组的结冰程度，包括：

获取所述甩冰机组的结冰信息；

根据所述结冰信息，确定所述甩冰机组的结冰程度。

10.根据权利要求9所述的风力发电机组控制方法，其特征在于，所述结冰状态信息包括所述甩冰机组的结冰传感器检测获得的结冰参数和/或气象传感器检测获得的气象参数，其中，所述结冰参数包括结冰速率、结冰厚度和结冰方向和结冰面积中的至少一种，所述气象参数包括空气温度、露点温度和相对湿度中的至少一种。

11.根据权利要求1所述的风力发电机组控制方法，其特征在于，所述目标对象包括其他风力发电机组。

12.根据权利要求1所述的风力发电机组控制方法，其特征在于，所述根据所述距离及所述甩冰机组的叶片甩冰距离，确定所述目标对象中的被甩冰危险对象，包括：

确定所述距离小于或等于所述叶片甩冰距离的目标对象为甩冰危险对象。

13.根据权利要求1所述的风力发电机组控制方法，其特征在于，所述根据所述距离及所述甩冰机组的叶片甩冰距离，确定所述目标对象中的被甩冰危险对象，包括：

确定所述距离小于或等于所述叶片甩冰距离，且与所述甩冰机组的连线平行于所述甩冰机组的叶片迎风面的目标对象为被甩冰危险对象。

14.根据权利要求1所述的风力发电机组控制方法，其特征在于，所述根据所述甩冰机组的第一位置信息及所述被甩冰危险对象的第二位置信息，确定所述甩冰机组的危险甩冰扇区的角度范围，包括：

根据所述甩冰机组的第一位置信息及所述被甩冰危险对象的第二位置信息，确定所述甩冰机组和所述被甩冰危险对象的连线与预设坐标系的第一预设轴的夹角；

根据所述夹角及预设的危险甩冰角度阈值，确定所述甩冰机组的危险甩冰扇区的角度范围；

其中，所述预设坐标系以所述甩冰机组的轮毂中心为原点，所述预设坐标系的第二预设轴的正方向指向正北方向，所述第一预设轴垂直于所述第二预设轴，且所述第一预设轴和所述第二预设轴均平行于水平面。

15.根据权利要求14所述的风力发电机组控制方法，其特征在于，当x1<x2且y1≤y2，或者x1>x2且y1≥y2时，所述甩冰机组的危险甩冰扇区的角度范围包括：[180-α-β,180-α+β]及[360-α-β,360-α+β]；

当x1<x2且y1>y2，或者x1>x2且y1<y2时，所述甩冰机组的危险甩冰扇区的角度范围包括：[α-β,α+β]及[180+α-β,180+α+β]；

当x1＝x2时，所述甩冰机组的危险甩冰扇区的角度范围包括：[90-β,90+β]、[270-β,270+β]；

其中，α为所述夹角，β为所述危险甩冰角度阈值，x1、y1分别为所述第一位置信息中的所述第一预设轴的坐标值和所述第二预设轴的坐标值，x2、y2分别为所述第二位置信息中的所述第一预设轴的坐标值和所述第二预设轴的坐标值。

16.一种风力发电机组控制装置，其特征在于，包括一个或多个处理器，用于实现权利要求1-15中任一项所述的风力发电机组控制方法。

17.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有程序，该程序被处理器执行时，实现权利要求1-15中任一项所述的风力发电机组控制方法。

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