CN115539301A - 风力发电机组及其风切变工况确定方法及装置 - Google Patents

Abstract

公开了一种风力发电机组及其风切变工况确定方法及装置，所述方法包括：获取风力发电机组的实时运行数据，其中，实时运行数据包括多个采样时间点的风速值和风向值；基于实时运行数据中两个采样时间点的风速值和风向值，确定风力发电机组所处环境的风速和风向的相似度；响应于相似度大于第一预设阈值，确定风力发电机组处于风切变工况。

Description

风力发电机组及其风切变工况确定方法及装置

技术领域

本公开总体说来涉及风力发电技术领域，更具体地讲，涉及风力发电机组及其风切变工况确定方法及装置。

背景技术

随着我国风电事业的快速发展，在一些西部地区，比如云南、贵州、四川西部等，虽然总体属于风能资源贫乏区，但其山区的风能资源具有一定的开发价值，且山区多为电网薄弱地区，兴建山区风电场，将带动山区电力和交通建设，促进对相关产业的投资和建设，从而加快当地经济发展，且在山区开发风电，具有占地问题相对简单、与群众关系相对容易处理等优势。

然而，风资源的分布具有区域性，山区地表任一不规则的地形均会改变风的流态。低空风除受大型天气系统影响外，更受地形作用、热力作用的影响，如在近地层中，受地表摩擦影响和近地层大气垂直稳定度的影响，风速随着高度有着显著的变化，风切变即是一种风速和风向在水平或垂直方向突然变化的大气现象。风场的风切变具有持续时间很短、风场尺度小强度大等特点，会对风力发电机的运行造成较大的干扰。目前常采用激光雷达检测风切变，但由于其成本较高，不适用于单机的配置和安装。

发明内容

本公开的实施例提供一种风力发电机组及其风切变工况确定方法及装置，能够有效解决现有技术中风切变工况检测成本高的问题。

在一个总的方面，提供一种风切变工况确定方法，包括：获取风力发电机组的实时运行数据，其中，实时运行数据包括多个采样时间点的风速值和风向值；基于实时运行数据中两个采样时间点的风速值和风向值，确定风力发电机组所处环境的风速和风向的相似度；响应于相似度大于第一预设阈值，确定风力发电机组处于风切变工况。

可选地，基于实时运行数据中两个采样时间点的风速值和风向值，确定风力发电机组所处环境的风速和风向的相似度的步骤包括：基于实时运行数据中第一采样时间点的风速值和第二采样时间点的风速值，确定风力发电机组所处环境的风速的风切变指数；基于风速的风切变指数、第一采样时间点的风向值和第二采样时间点的风向值，确定风力发电机组所处环境的风速和风向的相似度。

可选地，基于实时运行数据中第一采样时间点的风速值和第二采样时间点的风速值，确定风力发电机组所处环境的风速的风切变指数的步骤包括：获取第一采样时间点的风速值与第二采样时间点的风速值的比值的对数，作为风速值比值对数；获取在第一采样时间点采集风速值的第一模拟高度与在第二采样时间点采集风速值的第二模拟高度的比值的对数，作为模拟高度比值对数，其中，第一模拟高度大于第二模拟高度；基于风速值比值对数和模拟高度比值对数，确定风力发电机组所处环境的风速的风切变指数。

可选地，基于实时运行数据中第一采样时间点的风速值和第二采样时间点的风速值，确定风力发电机组所处环境的风速的风切变指数的步骤包括：基于第一采样时间点的风速值和第二采样时间点的风速值的差值，确定风力发电机组所处环境的风速的风切变指数。

可选地，基于风速的风切变指数、第一采样时间点的风向值和第二采样时间点的风向值，确定风力发电机组所处环境的风速和风向的相似度的步骤包括：获取第二采样时间点的风向值和第一采样时间点的风向值的差值；基于风速的风切变指数和差值，确定风力发电机组所处环境的风速和风向的相似度。

可选地，响应于相似度大于第一预设阈值，确定风力发电机组处于风切变工况的步骤包括：响应于相似度大于第一预设阈值，确定风力发电机组的当前运行状态；响应于确定风力发电机组的当前运行状态为调浆状态，确定风力发电机组处于风切变工况。

可选地，在响应于相似度大于第一预设阈值，确定风力发电机组处于风切变工况的步骤之后，还包括：控制风力发电机组停机；或，控制风力发电机组停止调桨；之后获取风力发电机组的叶轮的转速；响应于叶轮的转速大于第二预设阈值，控制风力发电机组停机。

可选地，获取风力发电机组的实时运行数据的步骤包括：通过风力发电机组的风杯式风速仪获取风速值；通过风力发电机组的旋转式风向标获取风向值。

在另一总的方面，提供了一种风切变工况确定装置，包括：运行数据获取单元，被配置为获取风力发电机组的实时运行数据，其中，实时运行数据包括多个采样时间点的风速值和风向值；相似度确定单元，被配置为基于实时运行数据中两个采样时间点的风速值和风向值，确定风力发电机组所处环境的风速和风向的相似度；工况确定单元，被配置为响应于相似度大于预定阈值，确定风力发电机组处于风切变工况。

可选地，相似度确定单元，还被配置为基于实时运行数据中第一采样时间点的风速值和第二采样时间点的风速值，确定风力发电机组所处环境的风速的风切变指数；基于风速的风切变指数、第一采样时间点的风向值和第二采样时间点的风向值，确定风力发电机组所处环境的风速和风向的相似度。

可选地，相似度确定单元，还被配置为获取第一采样时间点的风速值与第二采样时间点的风速值的比值的对数，作为风速值比值对数；获取在第一采样时间点采集风速值的第一模拟高度与在第二采样时间点采集风速值的第二模拟高度的比值的对数，作为模拟高度比值对数，其中，第一模拟高度大于第二模拟高度；基于风速值比值对数和模拟高度比值对数，确定风力发电机组所处环境的风速的风切变指数；

相似度确定单元，还被配置为基于第一采样时间点的风速值和第二采样时间点的风速值的差值，确定风力发电机组所处环境的风速的风切变指数；或者，

相似度确定单元，还被配置为获取第二采样时间点的风向值和第一采样时间点的风向值的差值；基于风速的风切变指数和差值，确定风力发电机组所处环境的风速和风向的相似度。

可选地，工况确定单元，还被配置为响应于相似度大于第一预设阈值，确定风力发电机组的当前运行状态；响应于确定风力发电机组的当前运行状态为调浆状态，确定风力发电机组处于风切变工况。

可选地，运行数据获取单元，还被配置为通过风力发电机组的风杯式风速仪获取风速值；通过风力发电机组的旋转式风向标获取风向值。

在另一总的方面，提供了一种存储指令的计算机可读存储介质，其中，当指令被至少一个计算装置运行时，促使至少一个计算装置执行如上述任一风力发电机组的风切变工况确定方法。

在另一总的方面，提供了一种包括至少一个计算装置和至少一个存储指令的存储装置的系统，其中，指令在被至少一个计算装置运行时，促使至少一个计算装置执行如上述任一风力发电机组的风切变工况确定方法。

在另一总的方面，提供了一种风力发电机组，包括风杯式风速仪以及旋转式风向标，风力发电机组还包括如上任一风切变工况确定装置。

根据本公开的实施例的风力发电机组及其风切变工况确定方法及装置，通过风力发电机组的实时运行数据中的风速值和风向值，即可确定风切变工况，其方案简单，不需要复杂的条件判断，可以以现有运行数据实现风切变工况的检测，成本较低，适用性广。因此，通过本公开，能够有效解决现有技术中风切变工况检测成本高的问题。

将在接下来的描述中部分阐述本公开总体构思另外的方面和/或优点，还有一部分通过描述将是清楚的，或者可以经过本公开总体构思的实施而得知。

附图说明

通过下面结合示出实施例的附图进行的描述，本公开的实施例的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1是示出本公开的实施例的风力发电机组的风切变工况确定方法的流程图；

图2是示出本公开的实施例的风力发电机组的风切变工况检测及对应的保护流程示意图；

图3是示出本公开的实施例的过山气流产生的风切变示意图；

图4是示出本公开的实施例的风力发电机叶片桨距角突变波形图；

图5是示出本公开的实施例的风速波形图；

图6是示出本公开的实施例的风向波形图；

图7是示出本公开的实施例的风切变时风速仪测风示意图；

图8是示出本公开的实施例的风切变时风向仪测风示意图；

图9是示出本公开的实施例的异常时风速和风向相关度示意图；

图10是示出本公开的实施例的正常时风速和风向相关度示意图；

图11是示出本公开的实施例的风力发电机组的风切变工况确定装置的框图。

具体实施方式

提供下面的具体实施方式以帮助读者获得对在此描述的方法、设备和/或系统的全面理解。然而，在理解本申请的公开之后，在此描述的方法、设备和/或系统的各种改变、修改和等同物将是清楚的。例如，在此描述的操作的顺序仅是示例，并且不限于在此阐述的那些顺序，而是除了必须以特定的顺序发生的操作之外，可如在理解本申请的公开之后将是清楚的那样被改变。此外，为了更加清楚和简明，本领域已知的特征的描述可被省略。

在此描述的特征可以以不同的形式来实现，而不应被解释为限于在此描述的示例。相反，已提供在此描述的示例，以仅示出实现在此描述的方法、设备和/或系统的许多可行方式中的一些可行方式，所述许多可行方式在理解本申请的公开之后将是清楚的。

如在此使用的，术语“和/或”包括相关联的所列项中的任何一个以及任何两个或更多个的任何组合。

尽管在此可使用诸如“第一”、“第二”和“第三”的术语来描述各种构件、组件、区域、层或部分，但是这些构件、组件、区域、层或部分不应被这些术语所限制。相反，这些术语仅用于将一个构件、组件、区域、层或部分与另一构件、组件、区域、层或部分进行区分。因此，在不脱离示例的教导的情况下，在此描述的示例中所称的第一构件、第一组件、第一区域、第一层或第一部分也可被称为第二构件、第二组件、第二区域、第二层或第二部分。

在说明书中，当元件(诸如，层、区域或基底)被描述为“在”另一元件上、“连接到”或“结合到”另一元件时，该元件可直接“在”另一元件上、直接“连接到”或“结合到”另一元件，或者可存在介于其间的一个或多个其他元件。相反，当元件被描述为“直接在”另一元件上、“直接连接到”或“直接结合到”另一元件时，可不存在介于其间的其他元件。

在此使用的术语仅用于描述各种示例，并不将用于限制公开。除非上下文另外清楚地指示，否则单数形式也意在包括复数形式。术语“包含”、“包括”和“具有”说明存在叙述的特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合。

除非另有定义，否则在此使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与由本公开所属领域的普通技术人员在理解本公开之后通常理解的含义相同的含义。除非在此明确地如此定义，否则术语(诸如，在通用词典中定义的术语)应被解释为具有与它们在相关领域的上下文和本公开中的含义一致的含义，并且不应被理想化或过于形式化地解释。

此外，在示例的描述中，当认为公知的相关结构或功能的详细描述将引起对本公开的模糊解释时，将省略这样的详细描述。

本公开提供了一种风力发电机组及其风切变工况确定方法及装置，可以解决上述问题，需要说明的时，本公开的风切变工况确定方法可以在风速大于一定值(如10米/秒)时启动，因为小风时风速不稳定，风向摆动较大，且风速较小时，风对叶片的负向作用力也较小，进行异常检测用处不大且浪费资源。本公开的风力发电机组的风切变工况确定方法可以应用在场控制器上，也可以应用在服务器上，服务器与风力发电机组可以通过无线连接也可以通过有线连接，此处不做限定。上述服务器可以是一个服务器，也可以是若干个服务器组成的服务器集群，还可以是云计算平台或虚拟化中心，下面以服务器为例进行说明。

服务器获取风力发电机组的实时运行数据，其中，所述实时运行数据包括多个采样时间点的风速值和风向值，基于所述实时运行数据中两个采样时间点的风速值和风向值，确定所述风力发电机组所处环境的风速和风向的相似度，进而响应于所述相似度大于第一预设阈值，确定所述风力发电机组处于风切变工况。本实施例通过风力发电机组的实时运行数据中的风速值和风向值，即可确定风切变工况，其方案简单，不需要复杂的条件判断，可以以现有运行数据实现风切变工况的检测，成本较低，适用性广。

下面结合附图对本公开进行详细描述。

本公开提出了一种风力发电机组的风切变工况确定方法，图1是示出本公开的实施例的风力发电机组的风切变工况确定方法的流程图。参照图1，所述风力发电机组的风切变工况确定方法包括以下步骤：

在步骤S101中，获取风力发电机组的实时运行数据，其中，实时运行数据包括多个采样时间点的风速值和风向值。本步骤可以通过风力发电机组的气象传感器获取风速值和风向值，如可以通过风力发电机的风速仪获取风速值，可以通过风力发电机组的风向标获取风向值，但本公开并对此进行限定。

根据本公开的实施例，获取风力发电机组的实时运行数据的步骤可以包括：通过风力发电机组的风杯式风速仪获取风速值；通过风力发电机组的旋转式风向标获取风向值。

在步骤S102中，基于实时运行数据中两个采样时间点的风速值和风向值，确定风力发电机组所处环境的风速和风向的相似度。

根据本公开的实施例，基于实时运行数据中两个采样时间点的风速值和风向值，确定风力发电机组所处环境的风速和风向的相似度的步骤可以包括：基于实时运行数据中第一采样时间点的风速值和第二采样时间点的风速值，确定风力发电机组所处环境的风速的风切变指数；基于风速的风切变指数、第一采样时间点的风向值和第二采样时间点的风向值，确定风力发电机组所处环境的风速和风向的相似度。通过本实施例，通过风切变指数、风向值可以方便、快速获取相似度。需要说明的是，在近地层中，风速随高度的变化而有显著的变化，造成这种变化的原因是地面的粗糙度和近地层的大气垂直稳定度，风切变指数表示风速在垂直于风向平面内的变化，其大小反映风速随高度增加的快慢，具体地，上述风切变指数可以基于两个采样时间点的风速值单独确定，也可以结合两个采样时间点的风速值和对应的高度来确定，本公开对此并不限定。

根据本公开的实施例，基于实时运行数据中第一采样时间点的风速值和第二采样时间点的风速值，确定风力发电机组所处环境的风速的风切变指数的步骤可以包括：获取第一采样时间点的风速值与第二采样时间点的风速值的比值的对数，作为风速值比值对数；获取在第一采样时间点采集风速值的第一模拟高度与在第二采样时间点采集风速值的第二模拟高度的比值的对数，作为模拟高度比值对数，其中，第一模拟高度大于第二模拟高度；基于风速值比值对数和模拟高度比值对数，确定风力发电机组所处环境的风速的风切变指数。通过本实施例，结合两个采样时间点的风速值和对应的高度可以较准确的获取风切变指数。

具体地，可以基于如下幂律公式获取风切变指数：

将上述写成如下指数公式：

其中：b即为风切变指数；z₁为已知高度，单位是m；z₂为变化后风速所在高度，单位是m；v₁为高度z₁处的风速值(即上述第二采样时间点的风速值)，单位是m/s；v₂为z₂高度处的风速值(第一采样时间点的风速值)，单位是m/s。例如，本公开中z₁与z₂可根据风力发电机高度、以及高度加10米进行计算，如z₁＝100米，z₂＝110米，但本公开并不限定该高度；而且本公开可以将风力发电机的风速仪所测的前一采样时间点的风速值设为高处的测量值，将后一采样时间点的风速值设为低处的测量值，用于检测每两个采样时间点间的风速的风切变指数。

根据本公开的实施例，基于实时运行数据中第一采样时间点的风速值和第二采样时间点的风速值，确定风力发电机组所处环境的风速的风切变指数的步骤可以包括：基于第一采样时间点的风速值和第二采样时间点的风速值的差值，确定风力发电机组所处环境的风速的风切变指数。通过本实施例，基于两个采样时间点的风速值可以方便、快速获取风切变指数。

具体地，基于上述公式(2)可以取分子求取近似风切变指数，即风切变指数还可以通过如下公式获取：

其中，v₁为高度z₁处的风速值(即上述第二采样时间点的风速值)，单位是m/s；v₂为z₂高度处的风速值(第一采样时间点的风速值)，单位是m/s。本公开中z₁与z₂可根据风力发电机高度、以及高度加10米进行计算，如z₁＝100米，z₂＝110米，但本公开并不限定该高度。

根据本公开的实施例，基于风速的风切变指数、第一采样时间点的风向值和第二采样时间点的风向值，确定风力发电机组所处环境的风速和风向的相似度的步骤可以包括：获取第二采样时间点的风向值和第一采样时间点的风向值的差值；基于风速的风切变指数和差值，确定风力发电机组所处环境的风速和风向的相似度。

具体地，可以通过如下公式获取风速、风向的相关度：

其中，p为相关度，b为风切变指数，s₂是后一时刻风向标所测的风向值，s₁是前一时刻风向标所测的风向值。

在步骤S103中，响应于相似度大于第一预设阈值，确定风力发电机组处于风切变工况。上述第一预设阈值可以根据风力发电机组的型号和实际需要确定，如可以设置为第一预设阈值为60，当相关度大于60时表示风速在垂直风向上和风向变化的相关度较大，此时表征发生风切变的可能性越大，即，如果基于实时运行数据获取的相关度大于60时，则确定风力发电机组处于风切变工况。

根据本公开的实施例，响应于相似度大于第一预设阈值，确定风力发电机组处于风切变工况的步骤可以包括：响应于相似度大于第一预设阈值，确定风力发电机组的当前运行状态；响应于确定风力发电机组的当前运行状态为调浆状态，确定风力发电机组处于风切变工况。通过本实施例，可以防止风力发电机组机械载荷或振动值过大。具体地，在相似度大于第一阈值时，如果风力发电机组处于调桨状态，此时可以提前控制风力发电机组停机，以防止风力发电机组的机械载荷或振动值过大，而风力发电机组不处于调桨状态时，变桨系统的变桨电机为抱闸状态，此时的风速、风向的变化不会导致叶片角度突变，因此，通过风力发电机组的调浆状态辅助相似度来控制风力发电机组，可以更好保护风力发电机组。

根据本公开的实施例，在响应于相似度大于第一预设阈值，确定风力发电机组处于风切变工况的步骤之后，可以控制风力发电机组停机，也可以控制风力发电机组停止调桨，在停止调浆之后可以获取风力发电机组的叶轮的转速，响应于叶轮的转速大于第二预设阈值，控制风力发电机组停机。本实施例，可以通过直接停机避免保护风力发电机组在风切变工况下出现故障，也可以在停机前先停止调浆，即控制变桨系统抱闸并监测风力发电机的转速值，由于变桨电机抱闸后，风切变工况不会再导致叶片角度突变，从而可以防止风力发电机组出现叶片不一致导致的气动不平衡问题。

下面结合图2系统的说明本公开上述实施例中风切变工况确定方法，图2是示出本公开的实施例的风力发电机组的风切变工况检测及对应的保护流程示意图，如图2所示，该流程主要包括：

S201，判断风速大于10米，如果判断结果为是的情况，转入步骤S202，如果判断结果为否的情况，则结束本次检测。因为，小风时风速不稳定，风向摆动较大，且风较小时，风对叶片的负向作用力也较小；

S202，采集风力发电机气象传感器所测的风速值和风向值。此处的气象传感器是指风力发电机现有的风速仪和风向标，风速仪和风向仪主要涉及(适用于)风杯式风速仪和旋转式风向标，不适用于超声波风速风向计；

S203，计算风切变指数，并根据风向变化量计算相关度。此步骤是指根据式(2)或式(3)的方法计算风切变指数，以及式(4)的方法计算风速、风向的相关度；

S204，判断相关度是否大于60，如果判断结果为是的情况，转到步骤S205，如果判断结果为否的情况，则结束本次检测。需要说明的是，如果相关度大于60，表示风速在垂直风向上和风向变化的相关度较大，此时表征发生风切变的可能性也越大。

S205，判断风力发电机组是否处于调桨状态，如果判断结果为是的情况，转到步骤S206，如果判断结果为否的情况，则结束本次检测。因为风力发电机组不处于调桨状态时，变桨系统的变桨电机为抱闸状态，因此风速、风向的变化不会导致叶片角度突变；

S206，控制风力发电机停机。如果叶片处于调桨状态，此时提前控制风力发电机组停机，以防止机组机械载荷或振动值过大。

另外，本公开在检测到风切变后，还可以通过主控控制器停止调桨，即控制变桨系统抱闸并监测发电机转速值，因为变桨电机抱闸后，也不会导致叶片角度突变，从而防止风力发电机组出现叶片不一致导致的气动不平衡。

为了表明本公开实施例的可行性，下面对上述实施例所依据的原理方进行说明，同时还对依据上述实施例的得到结果进行了验证。

首先，对上述实施例所依据的原理方进行说明：

图3是示出本公开的实施例的过山气流产生的风切变示意图。风从山脉左侧吹到山坡上后，在山坡另一侧，会形成下沉、旋转的气流。其形成原因一般为：当气流过山时，在迎风坡，有上升运动，因而气旋性涡度减弱，反气旋性涡度增强。在背风坡，气流下沉，因而气旋性涡度增强，反气旋性涡度减弱。因此在背风坡(图3中所示的山脉右侧)会形成下沉、旋转的气流。对风力发电机而言，这种快速的风切变会严重影响风力发电机运行。

图4是示出本公开的实施例的风力发电机叶片桨距角突变波形图，横坐标是时刻值，纵坐标是叶片角度值。其中，三条曲线分别是叶片1的角度值、叶片2的角度值和叶片3的角度值。从图4中可看出，风切变工况下三叶片角度均发生了突变，导致叶片气动不平衡，且变化速度较快，其会导致风力发电机振动和载荷增大。再有，从图4中可以看出，叶片3第1次变桨速度突变对应的时间在-5.574s左右，第2次变桨速度突变时间在-0.605s左右。叶片1第1次变桨速度突变对应的时间在-7.088s左右，第2次变桨速度突变时间在-2.198s左右。两支叶片两次速度突变的时间差分别为(-0.605+5.574)＝4.969s、(-2.198+7.088)＝4.89s。叶片发生速度突变时发电机转速为12.2rpm，4.9秒转过的方位角值约为：12.2*360*4.9/60＝358.68度。由此可见，两次速度突变的时间段内，叶轮正好转过了一圈，呈现出很强的周期性。再如图5所示的风速波形图和图6所示的风向波形图，从图中可以看出，风速的变化比较快，风向的变化也比较大，而当风速在20m/s，风向值也趋于稳定，因此风速和风向呈现出一定的关系。

本公开中利用现有的风速仪、风向仪所测的数据，检测风切变的方法，其检测原理即是利用了如图3所示的风切变特性，以及风速仪、风向标只能在水平方向旋转的特性，进行风况检测。

如图7所示，当风从上向下作用到风速仪后，风速仪的转速与风与水平面的夹角a有关。如图7所示，可分解为水平风向的分力501，以及垂直方向的分力502；其中，水平风向的分力501可以使风速仪在水平方向旋转，而分力502不能使风速仪在水平方向旋转，因此会导致风速仪所测的风速值下降。设风力为F1，作用在风速仪上水平风向的风力为F501，垂直方向的风力为F502，则有：

F501＝F1*sin(a)…(5)

F502＝F1*cos(a)*φ₁…(6)

其中，φ₁是风速仪在风力作用下的转换效率，具体表征的是风速仪的转动与风的方向的关系，特别地，当a＝0时，水平风向的风速值为0。

如图8所示，当风从上向下作用到风向标后，风向标的转速与风与水平面的夹角a有关。如图8所示，可分解为水平风向的分力601，以及垂直方向的分力602；其中，水平风向的分力601可以使风向标在水平方向旋转，而分力602不能使风向标在水平方向旋转，因此会导致风向标所测的风速值下降。设初始风力为F2，作用在风向标上水平风向的风力为F601，垂直方向的风力为F602，则有：

F601＝F2*sin(a)……(7)

F602＝F2*cos(a)*φ₂ (8)

其中，φ₂是风向标在风力作用下的转换效率，具体表征的是风向标的摆动与风的方向的关系。特别地，当a＝0时，风向标的理论摆动角度为0度。

根据图7、图8可看出，当发生风切变时，风速仪所测的风速下降程度，与风向标所测的风向值具有关联性。即：

D＝F1*cos(a)*φ₁/F2*cos(a)*φ₂＝F1*φ₁/F2*φ₂……(9)

即分子、分母中的cos(a)可被约去；其中，风切变情况下，φ₁的值会大于φ₂的值，其原因是：如果风的来向为非水平方向时，风速仪的受力结构决定了风速仪可以旋转，而风向标的受力结构决定了风向标的摆动会变小，本公开根据风发生风切变时的这一特性，实现对风切变工况的检测。

其次，对依据上述实施例的得到结果进行了验证：

如图9所示，是采用发生了角度突变的数据，结合式(2)和式(4)计算得出的风速和风向相关度。从图中可看出，在317时刻，4425时刻，角度值分别发生了突变，而此时刻之前，计算的风速、风向的相关度分别为74、82(右侧坐标轴)，即相关度很高，其原因是风切变情况下，φ₁的值会大于φ₂的值，其中，时间差为风速变化的作用时间，等于叶轮旋转到相应的风力作用位置经历的实际差。

如图10所示，是采用没有发生角度突变的数据，结合式(2)、式(4)计算得出的风速和风向相关度；从图中可看出，风速、风向相关度的最大值为25左右(右侧坐标轴)，远小于图9所示的计算值。

因此，本公开的风切变工况确定方法是可行的，且精确的较高。

综上，本公开不需要安装额外的风速、风向检测设备，利用风力发电机现有的风速风向传感器以及风切变的特征，进行风切变工况的检测，所涉及的参数中，不需要对风的高度进行精准的判断，只需要根据风速、风向的变化趋势，即可检测到风切变；且本公开方法简单，不需要复杂的条件判断，可以以现有运行数据实现风切变工况的检测，在风况出现异常后，及时保护风机安全，防止机械部件的损坏，与相关技术中仅根据风速停机或仅根据风向停机的方法相比，本公开可以最大程度地减少因额外导致的发电量损失。

图11是示出本公开的实施例的风力发电机组的风切变工况确定装置的框图，如图11所示，该装置包括运行数据获取单元110、相似度确定单元112和工况确定单元114。

运行数据获取单元110，被配置为获取风力发电机组的实时运行数据，其中，实时运行数据包括多个采样时间点的风速值和风向值；相似度确定单元112，被配置为基于实时运行数据中两个采样时间点的风速值和风向值，确定风力发电机组所处环境的风速和风向的相似度；工况确定单元114，被配置为响应于相似度大于预定阈值，确定风力发电机组处于风切变工况。

根据本公开的实施例，相似度确定单元112，还被配置为基于实时运行数据中第一采样时间点的风速值和第二采样时间点的风速值，确定风力发电机组所处环境的风速的风切变指数；基于风速的风切变指数、第一采样时间点的风向值和第二采样时间点的风向值，确定风力发电机组所处环境的风速和风向的相似度。

根据本公开的实施例，相似度确定单元112，还被配置为获取第一采样时间点的风速值与第二采样时间点的风速值的比值的对数，作为风速值比值对数；获取在第一采样时间点采集风速值的第一模拟高度与在第二采样时间点采集风速值的第二模拟高度的比值的对数，作为模拟高度比值对数，其中，第一模拟高度大于第二模拟高度；基于风速值比值对数和模拟高度比值对数，确定风力发电机组所处环境的风速的风切变指数；

根据本公开的实施例，相似度确定单元112，还被配置为基于第一采样时间点的风速值和第二采样时间点的风速值的差值，确定风力发电机组所处环境的风速的风切变指数；或者，

根据本公开的实施例，相似度确定单元112，还被配置为获取第二采样时间点的风向值和第一采样时间点的风向值的差值；基于风速的风切变指数和差值，确定风力发电机组所处环境的风速和风向的相似度。

根据本公开的实施例，工况确定单元114，还被配置为响应于相似度大于第一预设阈值，确定风力发电机组的当前运行状态；响应于确定风力发电机组的当前运行状态为调浆状态，确定风力发电机组处于风切变工况。

根据本公开的实施例，运行数据获取单元110，还被配置为通过风力发电机组的风杯式风速仪获取风速值；通过风力发电机组的旋转式风向标获取风向值。

根据本公开的实施例，还提供了一种风力发电机组，包括风杯式风速仪以及旋转式风向标，该风力发电机组还包括上述任一风切变工况确定装置。

根据本公开的实施例，提供了一种存储指令的计算机可读存储介质，其中，当指令被至少一个计算装置运行时，促使至少一个计算装置执行如上述任一实施例的风力发电机组的风切变工况确定方法。

根据本公开的实施例，提供了一种包括至少一个计算装置和至少一个存储指令的存储装置的系统，其中，指令在被至少一个计算装置运行时，促使至少一个计算装置执行如上述任一实施例的风力发电机组的风切变工况确定方法。

虽然已表示和描述了本公开的一些实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本公开的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改。

Claims (16)

1.一种风力发电机组的风切变工况确定方法，其特征在于，包括：

获取风力发电机组的实时运行数据，其中，所述实时运行数据包括多个采样时间点的风速值和风向值；

基于所述实时运行数据中两个采样时间点的风速值和风向值，确定所述风力发电机组所处环境的风速和风向的相似度；

响应于所述相似度大于第一预设阈值，确定所述风力发电机组处于风切变工况。

2.如权利要求1所述的风切变工况确定方法，其特征在于，基于所述实时运行数据中两个采样时间点的风速值和风向值，确定所述风力发电机组所处环境的风速和风向的相似度的步骤包括：

基于所述实时运行数据中第一采样时间点的风速值和第二采样时间点的风速值，确定所述风力发电机组所处环境的风速的风切变指数；

基于所述风速的风切变指数、所述第一采样时间点的风向值和所述第二采样时间点的风向值，确定所述风力发电机组所处环境的风速和风向的相似度。

3.如权利要求2所述的风切变工况确定方法，其特征在于，基于所述实时运行数据中第一采样时间点的风速值和第二采样时间点的风速值，确定所述风力发电机组所处环境的风速的风切变指数的步骤包括：

获取所述第一采样时间点的风速值与所述第二采样时间点的风速值的比值的对数，作为风速值比值对数；

获取在所述第一采样时间点采集风速值的第一模拟高度与在所述第二采样时间点采集风速值的第二模拟高度的比值的对数，作为模拟高度比值对数，其中，所述第一模拟高度大于所述第二模拟高度；

基于所述风速值比值对数和所述模拟高度比值对数，确定所述风力发电机组所处环境的风速的风切变指数。

4.如权利要求2所述的风切变工况确定方法，其特征在于，基于所述实时运行数据中第一采样时间点的风速值和第二采样时间点的风速值，确定所述风力发电机组所处环境的风速的风切变指数的步骤包括：

基于所述第一采样时间点的风速值和所述第二采样时间点的风速值的差值，确定所述风力发电机组所处环境的风速的风切变指数。

5.如权利要求2所述的风切变工况确定方法，其特征在于，基于所述风速的风切变指数、所述第一采样时间点的风向值和所述第二采样时间点的风向值，确定所述风力发电机组所处环境的风速和风向的相似度的步骤包括：

获取所述第二采样时间点的风向值和所述第一采样时间点的风向值的差值；

基于所述风速的风切变指数和所述差值，确定所述风力发电机组所处环境的风速和风向的相似度。

6.如权利要求2所述的风切变工况确定方法，其特征在于，响应于所述相似度大于第一预设阈值，确定所述风力发电机组处于风切变工况的步骤包括：

响应于所述相似度大于第一预设阈值，确定所述风力发电机组的当前运行状态；

响应于确定所述风力发电机组的当前运行状态为调浆状态，确定所述风力发电机组处于风切变工况。

7.如权利要求1所述的风切变工况确定方法，其特征在于，在响应于所述相似度大于第一预设阈值，确定所述风力发电机组处于风切变工况的步骤之后，还包括：

控制所述风力发电机组停机；或，

控制所述风力发电机组停止调桨；之后获取所述风力发电机组的叶轮的转速；响应于所述叶轮的转速大于第二预设阈值，控制所述风力发电机组停机。

8.如权利要求1至7中任一项所述的风切变工况确定方法，其特征在于，获取风力发电机组的实时运行数据的步骤包括：

通过所述风力发电机组的风杯式风速仪获取风速值；

通过所述风力发电机组的旋转式风向标获取风向值。

9.一种风力发电机组的风切变工况确定装置，其特征在于，包括：

运行数据获取单元，被配置为获取风力发电机组的实时运行数据，其中，所述实时运行数据包括多个采样时间点的风速值和风向值；

相似度确定单元，被配置为基于所述实时运行数据中两个采样时间点的风速值和风向值，确定所述风力发电机组所处环境的风速和风向的相似度；

工况确定单元，被配置为响应于所述相似度大于预定阈值，确定所述风力发电机组处于风切变工况。

10.如权利要求9所述的风切变工况确定装置，其特征在于，所述相似度确定单元，还被配置为基于所述实时运行数据中第一采样时间点的风速值和第二采样时间点的风速值，确定所述风力发电机组所处环境的风速的风切变指数；基于所述风速的风切变指数、所述第一采样时间点的风向值和所述第二采样时间点的风向值，确定所述风力发电机组所处环境的风速和风向的相似度。

11.如权利要求10所述的风切变工况确定装置，其特征在于，所述相似度确定单元，还被配置为获取所述第一采样时间点的风速值与所述第二采样时间点的风速值的比值的对数，作为风速值比值对数；获取在所述第一采样时间点采集风速值的第一模拟高度与在所述第二采样时间点采集风速值的第二模拟高度的比值的对数，作为模拟高度比值对数，其中，所述第一模拟高度大于所述第二模拟高度；基于所述风速值比值对数和所述模拟高度比值对数，确定所述风力发电机组所处环境的风速的风切变指数；

所述相似度确定单元，还被配置为基于所述第一采样时间点的风速值和所述第二采样时间点的风速值的差值，确定所述风力发电机组所处环境的风速的风切变指数；或者，

所述相似度确定单元，还被配置为获取所述第二采样时间点的风向值和所述第一采样时间点的风向值的差值；基于所述风速的风切变指数和所述差值，确定所述风力发电机组所处环境的风速和风向的相似度。

12.如权利要求10所述的风切变工况确定装置，其特征在于，所述工况确定单元，还被配置为响应于所述相似度大于第一预设阈值，确定所述风力发电机组的当前运行状态；响应于确定所述风力发电机组的当前运行状态为调浆状态，确定所述风力发电机组处于风切变工况。

13.如权利要求9至12中任一项所述的风切变工况确定装置，其特征在于，所述运行数据获取单元，还被配置为通过所述风力发电机组的风杯式风速仪获取风速值；通过所述风力发电机组的旋转式风向标获取风向值。

14.一种存储指令的计算机可读存储介质，其特征在于，当所述指令被至少一个计算装置运行时，促使所述至少一个计算装置执行如权利要求1至8中的任一权利要求所述的风力发电机组的风切变工况确定方法。

15.一种包括至少一个计算装置和至少一个存储指令的存储装置的系统，其特征在于，所述指令在被所述至少一个计算装置运行时，促使所述至少一个计算装置执行如权利要求1至8中的任一权利要求所述的风力发电机组的风切变工况确定方法。

16.一种风力发电机组，包括风杯式风速仪以及旋转式风向标，其特征在于，所述风力发电机组还包括如权利要求9至13中任一项所述的风切变工况确定装置。

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