CN114607562A - 风机偏航系统的控制策略优化方法、系统及介质 - Google Patents

风机偏航系统的控制策略优化方法、系统及介质 Download PDF

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Abstract

本申请提出了一种风机偏航系统的控制策略优化方法、系统及介质，该方法包括：控制风电机组的偏航系统中的风向标生成偏航信号，其中，通过角位移传感器检测初始偏航角度；获取风向标的对风精度，并将初始偏航角度与对风精度进行比较；如果初始偏航角度大于或等于对风精度，则基于风向标进行偏航控制，直至第一偏航角度小于对风精度；如果初始偏航角度小于对风精度，则基于功率进行偏航控制，通过爬山算法计算第二偏航角度进行偏航，其中，以通过爬山算法计算出的功率变化值小于预设的功率差值时的偏航角度为第二偏航角度。该方法在风机偏航控制中结合使用风向标控制和功率控制两种方式，提高了风机对风精度和效率。

Description

风机偏航系统的控制策略优化方法、系统及介质
技术领域
本申请涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种风机偏航系统的控制策略优化方法、系统及介质。
背景技术
随着风力发电技术的发展，风力发电机组的普及率越来越高。在通过风电机组进行风力发电的实际应用中，风速矢量的方向可能会不断发生变化，为了提高风能利用率，保证风轮获得最大的风能，通过风机偏航系统对准风向是风力发电过程中的重要步骤。
相关技术中，风机偏航系统是通过接收风向仪的风向信号来完成偏航动作的。风向仪通常安装在机舱顶部，其基准方向与叶轮平面法线方向一致，风向传感器通过“角度-电信号”转换器将风向信号发送给控制器。当风向改变超过允许误差范围时，控制器发出自动偏航指令，由传动机构和偏航电机组成的偏航执行系统执行对风校正动作，使机舱准确地对风。
然而，申请人发现，由于实际应用中，风向仪通常位于下风向，并且容易受到气体中的湍流等各种不利因素影响，风向传感器无法精确测量到风向信号，风向仪对风精度不高，无法及时准确的对准风向。
发明内容
本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本申请的第一个目的在于提出一种风机偏航系统的控制策略优化方法，该方法在风机偏航控制中，结合使用风向标控制和功率控制两种控制方式，其中，采用爬山算法进行功率控制，可缩短风机的对风时间，提高了风机对风精度和效率。
本申请的第二个目的在于提出一种风机偏航系统的控制策略优化系统；
本申请的第三个目的在于提出一种非临时性计算机可读存储介质。
为达上述目的，本申请的第一方面实施例在于提出一种风机偏航系统的控制策略优化方法，该方法包括以下步骤：
S101:控制风电机组的偏航系统中的风向标生成偏航信号，其中，通过所述风向标内部的角位移传感器检测初始偏航角度以生成所述偏航信号；
S102:获取所述风向标的对风精度，并将所述初始偏航角度与所述对风精度进行比较，如果所述初始偏航角度大于或等于所述对风精度，则执行步骤S103,如果所述初始偏航角度小于所述对风精度，则执行步骤S104；
S103：基于所述风向标进行偏航控制，根据所述角位移传感器检测的第一偏航角度控制所述风电机组进行偏航，直至所述第一偏航角度小于所述对风精度；
S104：基于功率进行偏航控制，通过爬山算法计算优化的第二偏航角度，根据所述第二偏航角度进行偏航，其中，以通过爬山算法计算出的功率变化值小于预设的功率差值时的偏航角度为所述第二偏航角度。
可选地，在本申请的一个实施例中，在所述根据所述第二偏航角度进行偏航之后，还包括：S105：对所述风电机组的机舱的实际运动偏转角进行反馈检测，判断是否存在偏差，若是，则进行补偿处理，并返回步骤S104重新计算偏航角度进行偏航，直至消除所述偏差。
可选地，在本申请的一个实施例中，通过爬山算法计算优化的第二偏航角度,包括：设置风速不变且风向变化时所述风电机组输出的最大功率值、中间变量功率值和所述功率差值；将所述最大功率值减去所述中间变量功率值获得第一功率变化值，并将第一时刻下的所述第一功率变化值与所述功率差值进行比较确定偏航电机的转动方向；检测瞬时功率反馈值，将所述瞬时功率反馈值减去所述中间变量功率值获得第二时刻下的第二功率变化值，将所述第二功率变化值减去所述第一功率变化值获得第一目标功率变化值，并将所述第一目标功率变化值与所述功率差值进行比较确定所述偏航电机的转动方向；计算下一时刻的功率变化值，根据所述下一时刻的功率变化值更新第一目标功率变化值后与所述功率差值进行比较，直至更新后的第一目标功率变化值小于所述功率差值，以所述更新后的第一目标功率变化值小于所述功率差值时的偏航角度为所述第二偏航角度。
可选地，在本申请的一个实施例中，基于功率进行偏航控制，还包括：在风速发生变化时检测风向是否发生改变，并根据检测结果对所述偏航电机进行控制。
可选地，在本申请的一个实施例中，在风速发生变化时检测风向是否发生改变，包括：设置所述风电机组在初始风速下输出的第一最大功率值和在当前风速下输出的第二最大功率值，并将所述第一最大功率值减去所述第二最大功率值获得第三功率变化值；将所述第三功率变化值与所述功率差值进行比较，在所述第三功率变化值大于所述功率差值时启动所述偏航电机；将所述偏航电机由当前偏航角度逆时针转动至第一偏航角度，并将当前检测到的瞬时功率反馈值减去所述中间变量功率值获得的第四功率变化值，将所述第三功率变化值减去所述第四功率变化值获得第二目标功率变化值；将所述第二目标功率变化值与所述第三功率变化值进行比较，若所述第二目标功率变化值大于所述第三功率变化值，则将所述偏航电机由所述第一偏航角度顺时针转动至第二偏航角度；检测更新后的所述第二目标功率变化值是否仍大于所述第三功率变化值，若是，则确定风向未发生变化，将所述偏航电机由所述第二偏航角度归位至原位。
可选地，在本申请的一个实施例中，对所述风电机组的机舱的实际运动偏转角进行反馈检测，包括：通过陀螺仪检测所述风电机组的机舱的实际运动偏转角，并将检测信号通过I/O接口传送至所述偏航系统，以将所述实际运动偏转角与所述偏航系统下发的偏航角度进行对比。
为达上述目的，本申请的第二方面实施例还提出了一种风机偏航系统的控制策略优化系统，包括以下模块:
生成模块，用于控制风电机组的偏航系统中的风向标生成偏航信号，其中，通过所述风向标内部的角位移传感器检测初始偏航角度以生成所述偏航信号；
比较模块，获取风向标的对风精度，并将初始偏航角度与对风精度进行比较，如果初始偏航角度大于或等于所述对风精度，则调用第一偏航模块,如果初始偏航角度小于对风精度，则调用第一偏航模块；
所述第一偏航模块，用于基于所述风向标进行偏航控制，根据所述角位移传感器检测的第一偏航角度控制所述风电机组进行偏航，直至所述第一偏航角度小于所述对风精度；
所述第二偏航模块，用于基于功率进行偏航控制，通过爬山算法计算优化的第二偏航角度，根据所述第二偏航角度进行偏航，其中，以通过爬山算法计算出的功率变化值小于预设的功率差值时的偏航角度为所述第二偏航角度。
可选地，在本申请的一个实施例中，该系统还包括：反馈补偿模块，用于对所述风电机组的机舱的实际运动偏转角进行反馈检测，判断是否存在偏差，若是，则进行补偿处理，并控制所述第二偏航模块重新计算偏航角度进行偏航，直至消除所述偏差。
可选地，在本申请的一个实施例中，第二偏航模块,具体用于：设置风速不变且风向变化时所述风电机组输出的最大功率值、中间变量功率值和所述功率差值；将所述最大功率值减去所述中间变量功率值获得第一功率变化值，并将第一时刻下的所述第一功率变化值与所述功率差值进行比较确定偏航电机的转动方向；检测瞬时功率反馈值，将所述瞬时功率反馈值减去所述中间变量功率值获得第二时刻下的第二功率变化值，将所述第二功率变化值减去所述第一功率变化值获得第一目标功率变化值，并将所述第一目标功率变化值与所述功率差值进行比较确定所述偏航电机的转动方向；计算下一时刻的功率变化值，根据所述下一时刻的功率变化值更新第一目标功率变化值后与所述功率差值进行比较，直至更新后的第一目标功率变化值小于所述功率差值，以所述更新后的第一目标功率变化值小于所述功率差值时的偏航角度为所述第二偏航角度。
本申请的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：本申请在风机偏航控制中，结合使用风向标控制和功率控制两种方法。其中，在风向标控制中，应用性能优越的角位移传感器检测偏航角度，提高初次检测得到的偏航角度和风向标控制的精确性。在功率控制中，采用爬山算法进行功率控制，通过爬山算法计算出优化的偏航角度进行偏航，从而在风向标无法准确检测偏航角度的情况下通过功率控制进行偏航，可以缩短风机对风时间，提高风机对风精度。由此，通过结合使用两种控制策略，提高了风电机组的对风精度和对风效率，有利于提高风力发电机组的风能利用率。
为了实现上述实施例，本申请第三方面实施例还提出了一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中的风机偏航系统的控制策略优化方法。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本申请实施例提出的一种风机偏航系统的控制策略优化方法的流程图；
图2为本申请实施例提出的一种爬山算法的原理示意图；
图3为本申请实施例提出的一种具体的基于爬山算法的偏航角度计算方法的流程图；
图4为本申请实施例提出的一种风向变化时基于爬山算法进行功率控制的原理示意图；
图5为本申请实施例提出的一种具体的基于爬山算法的风向检测方法的流程图；
图6为本申请实施例提出的一种风速变化时基于爬山算法进行功率控制的原理示意图；
图7为本申请实施例提出的一种具体的风机偏航系统的控制策略优化方法的流程图；
图8为本申请实施例提出的一种风机偏航系统的控制策略优化系统的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考附图描述本发明实施例所提出的一种风电机组故障诊断知识库的管理方法、系统。
图1为本申请实施例提出的一种风机偏航系统的控制策略优化方法的流程图，如图1所示，该方法包括以下步骤：
步骤S101:控制风电机组的偏航系统中的风向标生成偏航信号，其中，通过风向标内部的角位移传感器检测初始偏航角度以生成偏航信号。
其中，风电机组的偏航系统是风机机舱的组成部分，用于在风速矢量的方向发生变化时对准风向，偏航系统通常包括感应风向的风向标、偏航电机、偏航行星齿轮减速器、偏航制动器和回转体大齿轮等组件，各组件协调运行实现偏航控制。在偏航系统中，风向标作为感应元件可以将风向的变化转换为电信号并传送至偏航电机，偏航电机经过比较后发出顺时针或逆时针的偏航命令，控制机舱旋转以偏航对风。
其中，偏航角度是指将风机从当前方向旋转至改变后的风向之间的角度，当风机静止时，叶轮平面的法线方向是0度方向，风向与叶轮平面法向的夹角即是要偏航的角度，可以由风向标检测得到。
具体的，在风电机组并网后的实际运行过程中，控制风向标持续监测风向是否发生改变，在风向改变时生成偏航信号，具体是由风向仪内部的核心部件即角位移传感器检测偏航角度，再将角度信息转换为电信号生成偏航信号。
在本申请实施例中，采用性能优越的角位移传感器作为风向传感器检测风向变化并确定偏航角度，将该角度作为初始偏航角度进行后续的偏航控制，可以提高初次检测得到的偏航角度的准确性。
步骤S102:获取风向标的对风精度，并将初始偏航角度与对风精度进行比较，如果初始偏航角度大于或等于对风精度，则执行步骤S103,如果初始偏航角度小于对风精度，则执行步骤S104。
需要说明的是，受风向标内部器件的精度、安装误差和湍流等各种因素的影响，风向标存在对风精度的属性，对风精度可视为风向标能够检测出的准确偏航角度的最低阈值，即当风向标检测出的偏航角度低于对风精度时，该偏航角度可能存在误差。为此，本申请优化了偏航系统的控制策略，根据检测出的初始偏航角度与对风精度的关系使用不同的控制策略。
具体的，先获取风向标的对风精度，作为一种可能的实现方式，可以结合风向标的出厂参数并分析历史运行数据确定风向标的对风精度。然后，将风向标检测出的初始偏航角度与对风精度进行比较，如果初始偏航角度大于或等于对风精度，则执行步骤S103的偏航控制策略,如果初始偏航角度小于对风精度，则执行步骤S104的偏航控制策略。
S103：基于风向标进行偏航控制，根据角位移传感器检测的第一偏航角度控制风电机组进行偏航，直至第一偏航角度小于对风精度。
其中，第一偏航角度是采用风向标进行偏航控制时，角位移传感器在不同时刻下检测出的当前的偏航角度。
具体的，根据角位移传感器检测出的偏航角度，启动偏航电机进行偏航。可以理解的是，在风机偏航过程中，机舱旋转运动后，风向与叶轮平面法向的夹角也不断发生变化。因此根据角位移传感器持续检测出的更新后第一偏航角度控制风电机组进行偏航，直至检测出的当前场景下的第一偏航角度小于对风精度。然后，执行步骤S104的偏航控制策略。
举例而言，获取风向标实际的对风精度是15°，如果风向标当初次检测得到偏航角度为37°时，由于初始偏航角度大于对风精度，则先执行基于风向标进行偏航控制的策略，控制风机直接偏航到夹角为15°。
步骤S104：基于功率进行偏航控制，通过爬山算法计算优化的第二偏航角度，根据第二偏航角度进行偏航，其中，以通过爬山算法计算出的功率变化值小于预设的功率差值时的偏航角度为第二偏航角度。
需要理解的是，在小于对风精度的范围内，风向仪检测的偏航角度已经不准确了，因此本申请不再继续使用风向仪测得的数值进行偏航，而是基于功率进行偏航控制。具体的，通过爬山算法计算优化的第二偏航角度，根据第二偏航角度启动偏航电机进行偏，其中，第二偏航角度是采用功率进行偏航控制时，通过爬山算法计算出的功率变化值小于预设的功率差值时的偏航角度。
为了便于说明本申请在功率控制中采用爬山算法计算出最优偏航角度的具体实现过程，下面先对本申请采用的爬山算法进行说明。
图2为本申请实施例提出的一种爬山算法的原理示意图，当风力机惯量非常小时，风机速度对风速的反映可视为是瞬时的，爬山算法适用性较好，因此本申请可以采用爬山算法计算偏航角度。图中曲线的形状如山型，每座山的顶点为当前风速下最大功率的输出点，对应的发电机转速为最优转子速度。山顶的高度即最大功率输出点的值，随着风速的增加而增加。在图2中，风力发电系统以转子速度为横坐标，曲线为在不同风速下的转子输出功率的特性曲线，每一条曲线都有一个最大点，最优的转子速度随着风速的增加而增加。由图2可知，在风速恒定的情况下，工作点沿着图中某条曲线上下移动，如果风机转子速度保持恒定而风速发生变化，则工作点将沿着图中的垂直轴线移到另一条曲线上。
结合图2所示的示例对爬山算法的控制过程进行详细阐述。
假设风速为v1，发电机运行在A点，即风机运行在P-ω特征曲线的(ωA,PA)处。同时假设风机转速按步长ωstep增加到新的速度ωB，新的运行点为(ωB,PB)，则
Figure BDA0003574752840000061
经过第一次反复，风机运行点变为(ωC,PC)，重复这个过程直到系统运行点为(ω1,P1)，即为风速v1下的最大功率点。假如风速由v1变成v3，新的最佳运行点将从(ωD,PD)点开始搜索，则
Figure BDA0003574752840000071
下一个运行点将是(ωE,PE)，与上面的情况类似，风机最后会运行到最大功率点(ω3,P3)。假如此时风速由v3变为v2，运行点将会移动(ωF,PF)，则
Figure BDA0003574752840000072
在这种情况下，转速将会降低，风机运行点变为(ωG,PG)，则
Figure BDA0003574752840000073
不断重复这个过程直到转速运行到风速v2的最大功率点(ω2,P2)为止。
在本申请一个实施例中，可以基于上述爬山算法的原理，通过爬山算法计算优化的第二偏航角度。作为一种示例性的说明，本申请提出了一种基于爬山算法的偏航角度计算方法。图3为本申请实施例提出的一种具体的基于爬山算法的偏航角度计算方法的流程图，图4为该计算方法的原理示意图。如图3所示，该方法包括以下步骤：
步骤S301，设置风速不变且风向变化时所风电机组输出的最大功率值、中间变量功率值和功率差值。
可以理解的是，风电机组输出的功率值与所受的风力大小相关，当风机对准风向时输出功率最大，而在风速不变的情况下风电机组能够输出的最大功率值是固定的，因此在本实施例中，在检测出风速后，可以根据风电机组的历史运行数据等方式确定当前风速下风电机组输出的最大功率值。
其中，功率差值是根据风力历史数据结合实践经验人为设定的功率值，功率差值可以设定为最大功率值的2％至5％。
结合图4所示的示例，在本申请实施例中，当风速不变，风向变化时，设Vd为风向，P*为功率给定值，
Figure BDA0003574752840000074
为给定功率的最大值，P为中间变量，ΔP*为功率差值，Pf为检测得到的瞬时功率反馈值。在图4中，纵轴为功率轴，横轴为偏航角度，曲线V1、V2为不同的风向曲线。
步骤S302，将最大功率值减去中间变量功率值获得第一功率变化值，并将第一时刻下的第一功率变化值与功率差值进行比较确定偏航电机的转动方向。
具体的，当风向发生改变时，如果计算出第一时刻下的第一功率变化值大于功率差值，则确定偏航电机向着改变后的风向转动。
继续参照图4所示的示例，ΔP1为风向变化时的第一功率变化值，第一时刻为在图中的θ1时，将最大功率值减去中间变量功率值获得第一功率变化值，即
Figure BDA0003574752840000081
而P(θ)＝Pmax·cosθ，则
Figure BDA0003574752840000082
结合该式和图4可知，在θ1时，Δp1>Δp*，则控制偏航电机向着V2风向转动，并继续在原方向进行偏航控制。
步骤S303，检测瞬时功率反馈值，将瞬时功率反馈值减去中间变量功率值获得第二时刻下的第二功率变化值，将第二功率变化值减去第一功率变化值获得第一目标功率变化值，并将第一目标功率变化值与功率差值进行比较确定偏航电机的转动方向。
具体的，在按照步骤S302的方式进行偏航控制过程中，任意选取一个时间点检测瞬时功率反馈值，将瞬时功率反馈值减去中间变量功率值获得该时间点下即第二时刻下的第二功率变化值。
继续参照图4所示的示例，ΔP2为风向变化时的第二功率变化值，第二时刻为在图中的在θ2时，将瞬时功率反馈值减去中间变量功率值获得第二时刻下的第二功率变化值，即ΔP2＝Pf-P。
进一步的，将第二功率变化值减去第一功率变化值获得第一目标功率变化值，即Δp＝Δp1-Δp2。并将第一目标功率变化值与功率差值进行比较确定偏航电机的转动方向，结合图4可知，Δp>Δp*，所以控制偏航电机仍向原方向转动。
步骤S304，计算下一时刻的功率变化值，根据下一时刻的功率变化值更新第一目标功率变化值后与功率差值进行比较，直至更新后的第一目标功率变化值小于功率差值，以更新后的第一目标功率变化值小于功率差值时的偏航角度为第二偏航角度。
具体的，持续进行采样比较，计算下一时刻的功率变化值，根据下一时刻的功率变化值更新第一目标功率变化值后，将当前的第一目标功率变化值与功率差值进行比较。作为一种可能的实现方式，根据上述示例中的第二功率变化值的计算方式计算下一时刻偏航角改变后的第三功率变化值，下一时刻可以选取为和θ2与θ1之间的间隔相等的时刻，然后将第三功率变化值与第二功率变化值相减得到更新后的第一目标功率变化值，并将更新后的第一目标功率变化值与功率差值进行比较，直至更新后的第一目标功率变化值小于功率差值，即Δp小于Δp*时，判断旋转到θ3附近，以更新后的第一目标功率变化值小于功率差值时的偏航角度为第二偏航角度，即以θ3为第二偏航角度。
由此，该方法在功率控制中采用爬山算法对偏航控制系统进行优化，该方法能缩短风机对风时间，提高风机对风精度，由图4可知，在偏航角度为θ3时，风机输出的功率最大，因此本申请根据所述第二偏航角度进行偏航，可以使风机在当前风速下输出最大功率，提高风力发电机组的风能利用率。
在本申请一个实施例中，在根据所述第二偏航角度进行偏航之后，还包括对风电机组的机舱的实际运动偏转角进行反馈检测，判断是否存在偏差，若是，则进行补偿处理，并返回步骤S104重新计算偏航角度进行偏航，直至消除偏差。
具体而言，在本实施例中，在偏航结束后，对机舱运动进行反馈检测。通过陀螺仪检测风电机组的机舱的实际运动偏转角，并将检测信号通过I/O接口传送至偏航系统，以将实际运动偏转角与偏航系统下发的偏航角度进行对比，即偏航系统根据在整体控制区域所传送的旋转角度进行对比，对可能出现的偏差进行补偿处理。进一步，通过步骤S104所述的方式重新计算偏航角度进行偏航控制，并通过迭代计算和反馈检测，直至确定反馈检测的偏转角不存在误差，再结束偏航控制。
综上所述，本申请实施例的风机偏航系统的控制策略优化方法，在风机偏航控制中，结合使用风向标控制和功率控制两种方法。其中，在风向标控制中，应用性能优越的角位移传感器检测偏航角度，提高初次检测得到的偏航角度和风向标控制的精确性。在功率控制中，采用爬山算法进行功率控制，通过爬山算法计算出优化的偏航角度进行偏航，从而在风向标无法准确检测偏航角度的情况下通过功率控制进行偏航，可以缩短风机对风时间，提高风机对风精度。由此，该方法通过结合使用两种控制策略，提高了风电机组的对风精度和对风效率，有利于提高风力发电机组的风能利用率。
可以理解的是，在实际应用时，还可能发生风向不变时但风速变化的情况，在本申请一个实施例中，还在风速发生变化时检测风向是否发生改变，并根据检测结果对偏航电机进行控制。为了更加清楚的说明在风向不变时但风速变化时基于功率的偏航控制的具体实现过程，本申请一个实施例中还提出了一种基于爬山算法的风向检测方法。图5为本申请实施例提出的一种具体的基于爬山算法的风向检测方法的流程图，图6为本申请实施例提出的一种风速变化时基于爬山算法进行功率控制的原理示意图。如图5所示，该方法包括以下步骤：
步骤S501，设置风电机组在初始风速下输出的第一最大功率值和在当前风速下输出的第二最大功率值，并将第一最大功率值减去第二最大功率值获得第三功率变化值。
具体的，参照图6所示的示例，当风速由Vs1变化到Vs2时，设置风电机组在初始风速即Vs1下输出的第一最大功率值，和在当前风速即Vs2下输出的第二最大功率值。然后，将第一最大功率值减去第二最大功率值获得第三功率变化值，即
Figure BDA0003574752840000101
步骤S502，将第三功率变化值与功率差值进行比较，在第三功率变化值大于功率差值时启动偏航电机。
具体的，结合图6可知，第三功率变化值大于功率差值，即Δp1>Δp*，则偏航电机起动。
步骤S503，将偏航电机由当前偏航角度逆时针转动至第一偏航角度，并将当前检测到的瞬时功率反馈值减去中间变量功率值获得的第四功率变化值，将第三功率变化值减去第四功率变化值获得第二目标功率变化值。
具体的，结合图6所示，将偏航电机由当前偏航角度逆时针转动至第一偏航角度，即逆时针由θ2转到θ1，将当前检测到的瞬时功率反馈值减去中间变量功率值获得的第四功率变化值，即按照上述实施例中第二功率变化值的计算方式，得到ΔP2＝Pf-P。进一步的，将第三功率变化值减去第四功率变化值获得第二目标功率变化值，即Δp＝Δp1-Δp2。
步骤S504，将第二目标功率变化值与第三功率变化值进行比较，若第二目标功率变化值大于第三功率变化值，则将偏航电机由第一偏航角度顺时针转动至第二偏航角度。
具体的，将Δp与Δp1进行比较，因为ΔP2＝Pf-P，当风向不变时风速变化时，P为第二最大功率值，而瞬时功率反馈值小于第二最大功率值，所以瞬时功率反馈值减去第二最大功率值后得到的Δp2为负数，而可以理解，Δp1减去负数后数值增大，因此Δp大于Δp1，表明偏航错误。
进一步的，在当前确定偏航错误的情况下，将偏航电机由第一偏航角度顺时针转动至第二偏航角度，即顺时针由θ1转到θ3。其中，θ3和θ1关于θ2对称。
步骤S505，检测更新后的第二目标功率变化值是否仍大于第三功率变化值，若是，则确定风向未发生变化，将偏航电机由第二偏航角度归位至原位。
具体的，按照上述实施例中的第二目标功率变化值的计算方式，计算在θ3时的第二目标功率变化值Δp，参照上述实施例中的分析方式和图6可知，在θ3时仍是Δp＝Δp1-Δp2>Δp1，则表明风向未变，只是风速发生变化，进而将偏航电机由第二偏航角度θ3归位至原位θ2。
由此，该方法可以在风机偏航系统采用功率控制，无法接收风向仪传回的数据的场景下，根据检测到功率的变化确定当前的风向是否变化，即本申请实施例的基于功率的偏航控制策略，可以通过转角和功率的变化自动识别出风向不变且风速变化的场景，进而根据检测出的实际情况进行合理的控制，避免发生误操作，丰富了基于功率的偏航控制可适用的场景，提高了本申请的风机偏航系统的控制策略优化方法的适用性和准确性。
为了更加清楚地说明本申请实施例的风机偏航系统的控制策略优化方法的处理流程，下面以一个具体的风机偏航系统的控制策略优化方法实施例进行详细说明。图7为本申请实施例提出的一种具体的风机偏航系统的控制策略优化方法的流程图；。
如图7所示，该方法包括以下步骤：
步骤S701，控制风机并网。
步骤S702，接收偏航信号。
步骤S703，检测偏航角度是否小于对风精度S，若是，则执行步骤S704，若否，则执行步骤S705。
步骤S704，进行风向标控制对风，并返回步骤S703。
步骤S705，进行功率控制对风。
具体的，在本实施例中，假设风向标的实际对风精度为S。当偏航角度大于或等于S时，采用风向标控制，应用性能优越的角位移传感器检测出偏航角度，启动偏航电机进行偏航，当偏航角度小于S时，采用功率控制。
步骤S706，基于爬山算法计算出最优偏航角度。
具体的，在功率控制中采用爬山算法计算出最优偏航角度，同时可缩短风机的对风时间。
步骤S707，偏航电机偏转最优偏航角度。
具体的，启动偏航电机根据爬山算法计算出的优化偏航角度进行偏航。
步骤S708，反馈检测偏转角是否有偏差，若是，则执行步骤S709，若否，则执行步骤S710。
步骤S709，进行补偿处理并返回步骤步骤S706。
具体的，上述偏航过程结束后，对机舱运动偏转角进行反馈检测，如果出现偏差，立即进行补偿处理并重新计算偏航角度。并进行迭代计算和反馈检测，直至偏航结束。
步骤S710，控制偏航结束。
需要说明的是，本实施例的方法中各步骤的具体实现方式可参照上述实施例的相关描述，实现原理类似，此处不再赘述。
为了实现上述实施例，本申请还提出了一种风机偏航系统的控制策略优化系统，图8为本申请实施例提出的一种风机偏航系统的控制策略优化系统的结构示意图，如图6所示，该系统包括生成模块100、比较模块200、第一偏航模块300和第二偏航模块400。
其中，生成模块100，用于控制风电机组的偏航系统中的风向标生成偏航信号，其中，通过风向标内部的角位移传感器检测初始偏航角度以生成偏航信号。
比较模块200，获取风向标的对风精度，并将初始偏航角度与对风精度进行比较，如果初始偏航角度大于或等于对风精度，则调用第一偏航模块,如果初始偏航角度小于对风精度，则调用第一偏航模块。
第一偏航模块300，用于基于风向标进行偏航控制，根据角位移传感器检测的第一偏航角度控制风电机组进行偏航，直至第一偏航角度小于所述对风精度。
第二偏航模块400，用于基于功率进行偏航控制，通过爬山算法计算优化的第二偏航角度，根据第二偏航角度进行偏航，其中，以通过爬山算法计算出的功率变化值小于预设的功率差值时的偏航角度为第二偏航角度。
可选地，在本申请的一个实施例中，该系统还包括：反馈补偿模块500，用于对风电机组的机舱的实际运动偏转角进行反馈检测，判断是否存在偏差，若是，则进行补偿处理，并控制第二偏航模块重新计算偏航角度进行偏航，直至消除所述偏差。
可选地，在本申请的一个实施例中，第二偏航模块400，具体用于：设置风速不变且风向变化时风电机组输出的最大功率值、中间变量功率值和功率差值；将最大功率值减去中间变量功率值获得第一功率变化值，并将第一时刻下的第一功率变化值与功率差值进行比较确定偏航电机的转动方向；检测瞬时功率反馈值，将瞬时功率反馈值减去中间变量功率值获得第二时刻下的第二功率变化值，将第二功率变化值减去第一功率变化值获得第一目标功率变化值，并将第一目标功率变化值与功率差值进行比较确定偏航电机的转动方向；计算下一时刻的功率变化值，根据下一时刻的功率变化值更新第一目标功率变化值后与功率差值进行比较，直至更新后的第一目标功率变化值小于所述功率差值，以更新后的第一目标功率变化值小于功率差值时的偏航角度为第二偏航角度。
可选地，在本申请的一个实施例中，第二偏航模块400还用于：在风速发生变化时检测风向是否发生改变，并根据检测结果对偏航电机进行控制。
可选地，在本申请的一个实施例中，第二偏航模块400还用于：设置风电机组在初始风速下输出的第一最大功率值和在当前风速下输出的第二最大功率值，并将第一最大功率值减去第二最大功率值获得第三功率变化值；将第三功率变化值与功率差值进行比较，在第三功率变化值大于功率差值时启动偏航电机；将偏航电机由当前偏航角度逆时针转动至第一偏航角度，并将当前检测到的瞬时功率反馈值减去中间变量功率值获得的第四功率变化值，将第三功率变化值减去第四功率变化值获得第二目标功率变化值；将第二目标功率变化值与第三功率变化值进行比较，若第二目标功率变化值大于第三功率变化值，则将偏航电机由第一偏航角度顺时针转动至第二偏航角度；检测更新后的第二目标功率变化值是否仍大于第三功率变化值，若是，则确定风向未发生变化，将偏航电机由第二偏航角度归位至原位。
可选地，在本申请的一个实施例中，反馈补偿模块500还用于通过陀螺仪检测风电机组的机舱的实际运动偏转角，并将检测信号通过I/O接口传送至偏航系统，以将实际运动偏转角与偏航系统下发的偏航角度进行对比。
需要说明的是，前述对风机偏航系统的控制策略优化方法的实施例的解释说明也适用于该实施例的系统，此处不再赘述
综上所述，本申请实施例的风机偏航系统的控制策略优化系统，在风机偏航控制中，结合使用风向标控制和功率控制两种方法。其中，在风向标控制中，应用性能优越的角位移传感器检测偏航角度，提高初次检测得到的偏航角度和风向标控制的精确性。在功率控制中，采用爬山算法进行功率控制，通过爬山算法计算出优化的偏航角度进行偏航，从而在风向标无法准确检测偏航角度的情况下通过功率控制进行偏航，可以缩短风机对风时间，提高风机对风精度。由此，该系统通过结合使用两种控制策略，提高了风电机组的对风精度和对风效率，有利于提高风力发电机组的风能利用率。
为了实现上述实施例，本申请还提出了一种非临时性计算机可读存储介质，其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述实施例中任一所述的风机偏航系统的控制策略优化方法。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种风机偏航系统的控制策略优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
S101:控制风电机组的偏航系统中的风向标生成偏航信号，其中，通过所述风向标内部的角位移传感器检测初始偏航角度以生成所述偏航信号；
S102:获取所述风向标的对风精度，并将所述初始偏航角度与所述对风精度进行比较，如果所述初始偏航角度大于或等于所述对风精度，则执行步骤S103,如果所述初始偏航角度小于所述对风精度，则执行步骤S104；
S103：基于所述风向标进行偏航控制，根据所述角位移传感器检测的第一偏航角度控制所述风电机组进行偏航，直至所述第一偏航角度小于所述对风精度；
S104：基于功率进行偏航控制，通过爬山算法计算优化的第二偏航角度，根据所述第二偏航角度进行偏航，其中，以通过爬山算法计算出的功率变化值小于预设的功率差值时的偏航角度为所述第二偏航角度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述根据所述第二偏航角度进行偏航之后，还包括：
S105：对所述风电机组的机舱的实际运动偏转角进行反馈检测，判断是否存在偏差，若是，则进行补偿处理，并返回步骤S104重新计算偏航角度进行偏航，直至消除所述偏差。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述通过爬山算法计算优化的第二偏航角度,包括：
设置风速不变且风向变化时所述风电机组输出的最大功率值、中间变量功率值和所述功率差值；
将所述最大功率值减去所述中间变量功率值获得第一功率变化值，并将第一时刻下的所述第一功率变化值与所述功率差值进行比较确定偏航电机的转动方向；
检测瞬时功率反馈值，将所述瞬时功率反馈值减去所述中间变量功率值获得第二时刻下的第二功率变化值，将所述第二功率变化值减去所述第一功率变化值获得第一目标功率变化值，并将所述第一目标功率变化值与所述功率差值进行比较确定所述偏航电机的转动方向；
计算下一时刻的功率变化值，根据所述下一时刻的功率变化值更新第一目标功率变化值后与所述功率差值进行比较，直至更新后的第一目标功率变化值小于所述功率差值，以所述更新后的第一目标功率变化值小于所述功率差值时的偏航角度为所述第二偏航角度。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于功率进行偏航控制，还包括：
在风速发生变化时检测风向是否发生改变，并根据检测结果对所述偏航电机进行控制。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述在风速发生变化时检测风向是否发生改变，包括：
设置所述风电机组在初始风速下输出的第一最大功率值和在当前风速下输出的第二最大功率值，并将所述第一最大功率值减去所述第二最大功率值获得第三功率变化值；
将所述第三功率变化值与所述功率差值进行比较，在所述第三功率变化值大于所述功率差值时启动所述偏航电机；
将所述偏航电机由当前偏航角度逆时针转动至第一偏航角度，并将当前检测到的瞬时功率反馈值减去所述中间变量功率值获得的第四功率变化值，将所述第三功率变化值减去所述第四功率变化值获得第二目标功率变化值；
将所述第二目标功率变化值与所述第三功率变化值进行比较，若所述第二目标功率变化值大于所述第三功率变化值，则将所述偏航电机由所述第一偏航角度顺时针转动至第二偏航角度；
检测更新后的所述第二目标功率变化值是否仍大于所述第三功率变化值，若是，则确定风向未发生变化，将所述偏航电机由所述第二偏航角度归位至原位。
6.根据权利要求2所述的方法，所述对所述风电机组的机舱的实际运动偏转角进行反馈检测，包括：
通过陀螺仪检测所述风电机组的机舱的实际运动偏转角，并将检测信号通过I/O接口传送至所述偏航系统，以将所述实际运动偏转角与所述偏航系统下发的偏航角度进行对比。
7.一种风机偏航系统的控制策略优化系统，其特征在于，包括：
生成模块，用于控制风电机组的偏航系统中的风向标生成偏航信号，其中，通过所述风向标内部的角位移传感器检测初始偏航角度以生成所述偏航信号；
比较模块，获取风向标的对风精度，并将初始偏航角度与对风精度进行比较，如果初始偏航角度大于或等于所述对风精度，则调用第一偏航模块,如果初始偏航角度小于对风精度，则调用第一偏航模块；
所述第一偏航模块，用于基于所述风向标进行偏航控制，根据所述角位移传感器检测的第一偏航角度控制所述风电机组进行偏航，直至所述第一偏航角度小于所述对风精度；
所述第二偏航模块，用于基于功率进行偏航控制，通过爬山算法计算优化的第二偏航角度，根据所述第二偏航角度进行偏航，其中，以通过爬山算法计算出的功率变化值小于预设的功率差值时的偏航角度为所述第二偏航角度。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，还包括：
反馈补偿模块，用于对所述风电机组的机舱的实际运动偏转角进行反馈检测，判断是否存在偏差，若是，则进行补偿处理，并控制所述第二偏航模块重新计算偏航角度进行偏航，直至消除所述偏差。
9.根据权利要求7或8所述的系统，其特征在于，所述第二偏航模块,具体用于：
设置风速不变且风向变化时所述风电机组输出的最大功率值、中间变量功率值和所述功率差值；
将所述最大功率值减去所述中间变量功率值获得第一功率变化值，并将第一时刻下的所述第一功率变化值与所述功率差值进行比较确定偏航电机的转动方向；
检测瞬时功率反馈值，将所述瞬时功率反馈值减去所述中间变量功率值获得第二时刻下的第二功率变化值，将所述第二功率变化值减去所述第一功率变化值获得第一目标功率变化值，并将所述第一目标功率变化值与所述功率差值进行比较确定所述偏航电机的转动方向；
计算下一时刻的功率变化值，根据所述下一时刻的功率变化值更新第一目标功率变化值后与所述功率差值进行比较，直至更新后的第一目标功率变化值小于所述功率差值，以所述更新后的第一目标功率变化值小于所述功率差值时的偏航角度为所述第二偏航角度。
10.一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-6中任一所述的风机偏航系统的控制策略优化方法。
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