CN116221014B - 基于激光雷达风电机组净空控制方法、装置、系统及介质 - Google Patents

基于激光雷达风电机组净空控制方法、装置、系统及介质 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种基于激光雷达风电机组净空控制方法、装置、系统及介质，应用于风力发电的技术领域，其方法包括：获取所述风电机组前置距离门的第一风况数据，所述第一风况数据包括风速、风剪切和风向；基于所述第一风况数据判断是否存在极限风况，所述极限风况包括极限阵风、极限湍流和极限风剪切；若存在极限风况，则修改所述风电机组的叶片桨角；基于所述叶片桨角控制所述叶片进行提前变桨操作。本申请具有减少叶片与塔筒发生碰撞的可能性，减少损失，保证风电机组稳定运行的效果。

Description

基于激光雷达风电机组净空控制方法、装置、系统及介质
技术领域
本申请涉及风力发电的技术领域，尤其是涉及一种基于激光雷达风电机组净空控制方法、装置、系统及介质。
背景技术
近年来，为了适应时代发展，新能源发电不断发展，目前已经是大部分区域的供电手段，其中，风力发电具备不产生任何污染的天然绿色属性，成为了最具潜力的发电形式之一。
由于风力发电不断发展，大型风力发电机组功率等级越来越大，相应的叶轮直径也越来越大，叶片也越来越柔，在大风时叶片的变形量就越来越大，叶片净空指风电机组叶轮转动时叶片扫过塔筒时，叶尖部位距离塔筒的最小几何距离，极限工况下，若叶片净空小于零，即出现叶片扫塔。出现叶片即将打到塔筒的情况时，提高桨角是防止净空过小(即增加叶尖与塔筒的距离)的有效手段。
传统的风力发电机组反馈控制器在阵风、极限风剪切和极限湍流等极限风况来临时，风电机组无法及时变桨，这使得叶片有扫塔危险，发生扫塔后轻则叶片破裂，重则机组倒塌，目前，已公开的技术为通过净空雷达测量风电机组净空，当检测到风电机组的净空值小于阈值时，控制风电机组停止运行，属于被动控制，同时由于采用被动控制的方式控制净空，对叶片保护效果有限，导致还是经常出现叶片与塔筒发生碰撞，产生损失。
发明内容
为了减少叶片与塔筒发生碰撞的可能性，减少损失，保证风电机组稳定运行，本申请提供一种基于激光雷达风电机组净空控制方法、装置、系统及介质。
第一方面，本申请提供一种基于激光雷达风电机组净空控制方法，采用如下的技术方案：
一种基于激光雷达的风电机组净空控制方法，包括：
获取所述风电机组前置距离门的第一风况数据，所述第一风况数据包括风速、风剪切和风向；
基于所述第一风况数据判断是否存在极限风况，所述极限风况包括极限阵风、极限湍流和极限风剪切；
若存在极限风况，则修改所述风电机组的叶片桨角；
基于所述叶片桨角控制所述叶片进行提前变桨操作。
通过采用上述技术方案，在风电机组运行的过程中，通过激光雷达获取风电机组前置距离门的第一风况数据，能够在极限风况到达风电机组叶片之前，使风电机组提前规避极端工况，提高叶片和塔筒之间的净空值，保证风电机组有足够的安全余量应对极限风况，减少叶片扫塔或叶片打到塔筒的情况，增加风电机组运行的安全性，保证风电机组稳定运行。
可选的，在所述获取所述风电机组前置距离门的第一风况数据之前，所述方法包括：
获取所述当前风电机组的基础参数，所述基础参数包括所述当前风电机组的叶片长度、叶轮转速和塔筒高度；
基于所述基础参数确定所述激光雷达的偏转角度；
根据所述偏转角度确定所述激光雷达每个激光光束的发射角度；
基于每个所述激光光束的发射角度设置多个前置距离门，所述前置距离门为所述激光雷达前置水平距离内的垂直平面。
可选的，所述获取所述风电机组前置距离门的第一风况数据包括：
获取所有所述前置距离门的第二风况数据；
基于当前风电机组的基础参数确定最佳前置距离门；
基于所述最佳前置距离门对所述第二风况数据进行筛选，得到第三风况数据；
将所述第三风况数据作为第一风况数据，并按照预设周期不断获取第一风况数据。
可选的，所述基于所述第一风况数据判断是否存在极限风况包括：
基于所述第一风况数据计算净空影响因子，所述净空影响因子包括雷达阵风、垂直风切变和湍流强度；
分别判断所述雷达阵风、所述垂直风切变和所述湍流强度是否大于预设阈值；
若存在至少一个净空影响因子大于预设阈值；则判定当前前置距离门存在极限风况。
可选的，所述基于所述第一风况数据计算净空影响因子包括：
获取激光雷达的安装高度以及轮毂高度；
基于所述第一风况数据获取所述当前前置距离门的上平面风速和下平面风速；
基于所述上平面风速、下平面风速、激光雷达的安装高度以及轮毂高度计算所述当前前置距离门的第一反演风速；
基于所述当前前置距离门的第一反演风速获取相邻预设前置距离门的第二反演风速；
基于所述上平面风速、下平面风速、激光雷达的安装高度以及轮毂高度计算所述垂直风切变；
基于所述第一反演风速、所述第二反演风速和所述垂直风切变计算所述雷达阵风；和/或，
获取当前前置距离门的速度平滑周期和第一视向风速；
基于所述速度平滑周期和所述第一视向风速确定第二视向风速，所述第二视向风速为所述第一视向风速在所述速度平滑周期的第二视向风速；
基于所述第一视向风速和所述第二视向风速确定视向风速变化值；
基于所述视向风速变化值和所述第二视向风速计算所述湍流强度。
可选的，所述修改所述风电机组的叶片桨角包括：
获取所述风电机组的当前叶片桨角和基础参数；
基于所述第一风况数据和所述基础参数确定修改叶片桨角；
获取前置距离门与所述风电机组的叶片的前置距离；
基于所述第一风况数据和所述前置距离确定极限风况到达所述叶片的到达时间；
基于所述修改叶片桨角和所述到达时间对所述当前叶片桨角进行修改，得到最小安全叶片桨角。
可选的，在所述基于所述叶片桨角控制所述叶片进行提前变桨操作之后，所述方法还包括：
基于所述第一风况数据和所述修改叶片桨角建立风况变角数据库；
获取所述变桨操作之后所述风电机组的变桨结果，所述变桨结果包括所述风电机组没有损伤和所述风电机组受到损伤；
当所述变桨结果为所述风电机组所有损伤时，获取所述变桨结果为所述风电机组没有损伤对应的第一风况数据和所述叶片桨角；
将所述变桨结果为所述风电机组没有损伤对应的第一风况数据和所述叶片桨角存储至风况变角数据库内；
当所述变桨结果为所述风电机组受到损伤时，基于所述第一风况数据和所述修改叶片桨角建立仿真模型；
在所述仿真模型内重新确定修改叶片桨角，得到最新修改叶片桨角；
基于所述最新修改叶片桨角在所述仿真模型进行仿真，得到仿真结果；
当所述仿真结果为所述风电机组没有损伤时，将所述第一风况数据和对应的最新修改叶片桨角存储至风况变角数据库内。
第二方面，本申请提供一种基于激光雷达风电机组净空控制装置，采用如下的技术方案：
一种基于激光雷达风电机组净空控制装置，包括：
获取模块，用于获取所述风电机组前置距离门的第一风况数据，所述第一风况数据包括风速、风剪切和风向；
判断模块，用于基于所述第一风况数据判断是否存在极限风况，所述极限风况包括极限阵风、极限湍流和极限风剪切；若存在极限风况，则修改所述风电机组的叶片桨角；
变桨模块，用于基于所述叶片桨角控制所述叶片进行变桨操作。
通过采用上述技术方案，在风电机组运行的过程中，通过激光雷达获取风电机组前置距离门的第一风况数据，能够在极限风况到达风电机组叶片之前，使风电机组提前规避极端工况，提高叶片和塔筒之间的净空值，保证风电机组有足够的安全余量应对极限风况，减少叶片扫塔或叶片打到塔筒的情况，增加风电机组运行的安全性，保证风电机组稳定运行。
第三方面，本申请提供一种基于激光雷达风电机组净空控制系统，采用如下的技术方案：
一种基于激光雷达风电机组净空控制系统，包括雷达测风模块、前馈控制器、最小桨角限制模块、风电机组和反馈控制器；
所述雷达测风模块用于检测所述风电机组前置距离门的第一风况数据，并将所述第一风况数据传输至所述前馈控制器；
所述前馈控制器用于接收所述第一风况数据，并执行如第一方面所述的方法；
所述最小桨角限制模块用于限制所述叶片桨角的最小桨角；
所述风电机组用于执行变桨操作、风速测量以及叶片转速测量；并将所述叶片转速传输至所述反馈控制器；
所述反馈控制器用于接收所述叶片转速，并根据所述叶片转速实现闭环控制变桨操作。
第四方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，采用如下的技术方案：
一种计算机可读存储介质，存储有能够被处理器加载并执行第一方面任一项所述的基于激光雷达风电机组净空控制方法的计算机程序。
附图说明
图1是本申请实施例提供的一种基于激光雷达风电机组净空控制方法的流程示意图。
图2是本申请实施例用于展示前置距离门的示意图。
图3是本申请实施例提供的一种基于激光雷达风电机组净空控制装置的结构框图。
图4是本申请实施例提供的基于激光雷达风电机组净空控制系统的结构框图。
具体实施方式
以下结合附图对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例提供一种基于激光雷达风电机组净空控制方法，该基于激光雷达风电机组净空控制方法由风电机组控制器执行。
如图1所示，一种基于激光雷达风电机组净空控制方法，该方法主要流程描述如下（步骤S101～S104）：
步骤S101，获取风电机组前置距离门的第一风况数据，第一风况数据包括风速、风剪切和风向。
在本实施例中，在风电机组运行的过程中，通常将激光雷达安装在风电机组机舱顶部，且采用4光束雷达，即通过4光束雷达向叶片前方发射四束光束，通过四束光束形成多个前置距离门。
进一步的，在获取风电机组前置距离门的第一风况数据之前，方法包括：获取当前风电机组的基础参数，基础参数包括当前风电机组的叶片长度、叶轮转速和塔筒高度；基于基础参数确定激光雷达的偏转角度；根据偏转角度确定激光雷达每个激光光束的发射角度；基于每个激光光束的发射角度设置多个前置距离门，前置距离门为激光雷达前置水平距离内的垂直平面。
在本实施例中，为了获取更加准确的第一风况数据，需要将激光雷达的四束光束进行调整，由于不同的风电机组的叶片长度、叶轮转速和塔筒高度不一致，导致根据激光雷达发射的四束激光设置的前置距离门也会不一致，所以需要根据不同风电机组的基础参数确定激光雷达所能设置的前置距离门的面积大小，即通过改变每束激光发射的激光发射角度，就能够扩大前置距离门的面积。
值得说明的是，前置距离门为在预设距离上四束激光在同一水平距离组成的垂直平面图形。
参见图2，激光雷达的4束激光沿着X轴正向逆时针依次为LOS0、LOS1、LOS2和LOS3，其中，LOS0和LOS1组成上平面，LOS2和LOS3组成下平面，其中LOS0、LOS1、LOS2和LOS3均会产生一定的夹角，改变激光雷达偏转角度，从而改变四束激光光束的发射角度，进而改变每个前置距离门的面积。
在确定好激光雷达的发射角度之后，需要根据激光雷达的精度、风电机组的叶片长度、塔筒高度等确定激光雷达的检测距离，其中，激光雷达能够检测到的最小距离设为D1，将激光雷达能够检测到的最远距离为Dn，将D1和Dn之间的距离划分为多个前置距离门。
例如当激光雷达检测到的最小距离D1为10m，激光雷达检测到的最远距离为200m，则此时可以按照10m为间隔设置前置距离门，即激光雷达获取10m、20m、30m等间隔10m的前置距离门的第一风况数据。
具体的，获取风电机组前置距离门的第一风况数据包括：获取所有前置距离门的第二风况数据；基于当前风电机组的基础参数确定最佳前置距离门；基于最佳前置距离门对第二风况数据进行筛选，得到第三风况数据；将第三风况数据作为第一风况数据，并按照预设周期不断获取第一风况数据。
在本实施例中，在确定好前置距离门的数量之后，通过激光雷达获取所有前置距离门位置的第二风况数据，由于第二风况数据包括由最小距离的前置距离门到最远距离的前置距离门的跨度较大，一般为上百米，所以需要选取最佳前置距离门，将最佳前置距离门测得的第三风况数据作为第一风况数据，并不断通过预设周期获取最佳前置距离门的风况数据，其中预设周期为激光雷达的采集周期，由激光雷达本身的设计决定。
在选取最佳前置距离门时，根据当前风电机组的基础参数决定，其中，基础参数包括风电机组的叶片长度和塔筒高度，为了满足不同的风力发电需求，风力发电机组的发电功率不一样，也就是说风力发电机组的基础参数也各不相同，所以在确定前置距离门时，需要根据每个风电机组的基础参数设置最佳前置距离门，例如，当塔筒高110m、叶片长度为90m时，此时的最佳前置距离门为120m位置的距离门。值得说明的是，上述仅为举例说明，在此不做限定。
步骤S102，基于第一风况数据判断是否存在极限风况，极限风况包括极限阵风、极限湍流和极限风剪切，若存在极限风况，则转入步骤S103。
具体的，基于第一风况数据判断是否存在极限风况包括：基于第一风况数据计算净空影响因子，净空影响因子包括雷达阵风、垂直风切变和湍流强度；分别判断雷达阵风、垂直风切变和湍流强度是否大于预设阈值；若存在至少一个净空影响因子大于预设阈值；则判定当前前置距离门存在极限风况。
在本实施例中，在获取到最佳前置距离门的第一风况数据之后，需要根据第一风况数据判断在最佳前置距离门的位置是否存在极限风况，其中极限风况包括极限阵风、极限湍流和极限风剪切，第一风况数据包括风速、风剪切和风向，通过第一风况数据计算净空影响因子，即通过风速、风剪切和风向分别计算雷达阵风的数值、垂直风切变的数值和湍流强度的数值，然后分别判断雷达阵风的数值、垂直风切变的数值和湍流强度的数值是否大于预设阈值，当雷达阵风的数值、垂直风切变的数值和湍流强度的数值任意一项大于预设阈值时，即可判定最佳前置距离门存在极限风况。
进一步的，基于第一风况数据计算净空影响因子包括：获取激光雷达的安装高度以及轮毂高度；基于第一风况数据获取当前前置距离门的上平面风速和下平面风速；基于上平面风速、下平面风速、激光雷达的安装高度以及轮毂高度计算当前前置距离门的第一反演风速；基于当前前置距离门的第一反演风速获取相邻预设前置距离门的第二反演风速；基于上平面风速、下平面风速、激光雷达的安装高度以及轮毂高度计算垂直风切变；基于第一反演风速、第二反演风速和垂直风切变计算雷达阵风；和/或，获取当前前置距离门的速度平滑周期和第一视向风速；基于速度平滑周期和第一视向风速确定第二视向风速，第二视向风速为第一视向风速在速度平滑周期的第二视向风速；基于第一视向风速和第二视向风速确定视向风速变化值；基于视向风速变化值和第二视向风速计算湍流强度。
在本实施例中，在计算净空影响因子时，需要根据获取的第一风况数据计算净空影响因子，即在最佳前置距离门的位置获取到上平面风速和下平面风速，其中，上平面风速为上平面轮毂处的风速，下平面风速为下平面轮毂处的风速。
在判断雷达阵风是否为极限阵风时，需要根据激光雷达的安装高度、轮毂高度以及上平面风速和下平面风速计算最佳前置距离门的第一反演风速以及与最佳前置距离门在预设距离内所有的前置距离门的第二反演风速，通过第二反演风速判断第一反演风速数据是否准确，当第一反演风速正确时，再通过第一反演风速计算雷达阵风，通过雷达阵风判断是否存在极限阵风。
其中，计算反演风速为本领域技术人员所熟知的，对此不再赘述。
在基于雷达阵风判断是否存在极限阵风时，需要根据最佳前置距离门的第一反演风速和预设距离内所有前置距离门的第二反演风速判断雷达阵风是否属于极限阵风，即雷达阵风的数值是否大于预设雷达阵风阈值，当计算得到的雷达阵风的数值大于预设雷达阵风阈值时，判定存在极限阵风。
值得说明的是，第一反演风速为最佳前置距离门的反演风速，第二反演风速为最佳前置距离门在预设距离内的相邻反演风速，例如，当120m处的前置距离门为最佳前置距离门，则第二反演风速为70m处的前置距离门的反演风速和170m处的前置距离门的反演风速。
在本实施例中，通过垂直风切变判断是否存在极限风切变，需要判断计算得到的垂直风切变的数值是否大于预设风切变阈值，当垂直风切变的数值大于预设风切变阈值时，即能够判定最佳前置距离门存在极限风切变。
进一步的，在判断是否存在极限湍流时，需要计算前置距离门的湍流强度，根据湍流强度判定是否存在极限湍流。
在本实施例中，需要根据前置距离们的速度平滑周期和第一视向风速计算第一视向风速在速度平滑周期内的第二视向风速，根据第一视向风速和第二视向风速确定视向风速变化值，再根据视向风速变化值和第二视向风速计算湍流强度；其中，第二视向风速为第一视向风速在速度平滑周期内的平均视向风速。
由于速度平滑周期和第一视向风速在本领域能够通过风速仪等仪器能够直接进行测算，仅需将测算仪器连接至电子设备就可以获取速度平滑周期和第一视向风速。
步骤S103，修改风电机组的叶片桨角。
具体的，修改风电机组的叶片桨角包括：获取风电机组的当前叶片桨角和基础参数；基于第一风况数据和基础参数确定修改叶片桨角；获取前置距离门与风电机组的叶片的前置距离；基于第一风况数据和前置距离确定极限风况到达叶片的到达时间；基于修改叶片桨角和到达时间对当前叶片桨角进行修改，得到最小安全叶片桨角。
在本实施例中，通过上述步骤确定在最佳前置距离门存在极限风况时，需要在极限风况到达叶片之前，调整好叶片桨角，以增加叶片净空距离，从而减小发生叶片扫塔、叶片打到塔筒的情况。
由于每个风电机组的基础参数不一样，所以设置的最小桨角也不一致，故需要根据第一风况数据和风电机组的基础参数确定修改叶片桨角，在确定好修改叶片桨角之后,需要根据最佳前置距离门的前置距离和极限风况的第一风况数据计算极限风况到达叶片的到达时间,即在极限风况到达叶片之前,完成叶片桨角的调整.
在本实施例中，风电机组运行的时候，采用最小桨角运行。当出现极限风况时，调整最小桨角，保证叶片处于最小桨角时，有足够的安全余量保证风电机组安全运行。
由于不同的风电机组设置的最佳前置距离门不一样，所以需要根据第一风况数据和到达时间确定最小安全叶片桨角，在极限风况到达叶片之前，保证叶片的桨角满足风电机组的使用需求，且能够安全运行。
步骤S104，基于叶片桨角控制叶片进行变桨操作。
具体的，在确定好最小安全叶片桨角之后，根据最小安全叶片桨角进行变桨操作，提高风电机组的净空值，从而保证风电机组提前规避极限风况，保证风电机组增加足够的安全余量，有效提高风电机组的净空值，进而增加风电机组的安全性。
进一步的，在基于叶片桨角控制叶片进行提前变桨操作之后，方法还包括：基于第一风况数据和修改叶片桨角建立风况变角数据库；获取变桨操作之后风电机组的变桨结果，变桨结果包括风电机组没有损伤和风电机组受到损伤；当变桨结果为风电机组所有损伤时，获取变桨结果为风电机组没有损伤对应的第一风况数据和叶片桨角；将变桨结果为风电机组没有损伤对应的第一风况数据和叶片桨角存储至风况变角数据库内；当变桨结果为风电机组受到损伤时，基于第一风况数据和修改叶片桨角建立仿真模型；在仿真模型内重新确定修改叶片桨角，得到最新修改叶片桨角；基于最新修改叶片桨角在仿真模型进行仿真，得到仿真结果；当仿真结果为风电机组没有损伤时，将第一风况数据和对应的最新修改叶片桨角存储至风况变角数据库内。
在本实施例中，在电子设备中建立风况变角数据库，其中，风况变角数据库包括风电机组基础参数、第一风况数据、最小安全叶片桨角、修改叶片桨角和原始叶片桨角。
在每次风电机组遇见极限风况时，需要根据获取每次的变桨结果，再根据变桨结果判断是否需要将风况变角数据库内的对应数据存储至风况变角数据库内。
其中，变桨结果包括风电机组没有损伤和风电机组受到损伤。
当风电机组没有损伤时，也就是说遇到第一风况数据代表的极限风况时，按照对应的最小安全桨角就能够提前规避极限风况，则将对应的数据存储至风况变角数据库内。
当风电机组受到损伤时，也就是说对应的最小安全桨角并不能够使风电机组提前规避极限风况，则需要在电子设备中建立仿真模型，然后在仿真模型中对最小安全桨角进行修改，重新确定修改叶片桨角，得到最新修改叶片桨角，然后按照最先修改叶片桨角进行仿真，当进行仿真时，风电机组并没有受到损伤，则将最新修改叶片桨角和第一风况数据对应的极限风况存储至风况变角数据库。
建立风况变角数据库能够更加方便调用之前的历史数据，更快的确定修改叶片桨角，从而提高风电机组的安全性。
图3为本申请实施例提供的一种基于激光雷达风电机组净空控制装置200的结构框图。
如图3所示，基于激光雷达风电机组净空控制装置200主要包括：
获取模块201，用于获取风电机组前置距离门的第一风况数据，第一风况数据包括风速、风剪切和风向；
判断模块202，用于基于第一风况数据判断是否存在极限风况，极限风况包括极限阵风、极限湍流和极限风剪切；若存在极限风况，则修改风电机组的叶片桨角；
变桨模块203，用于基于叶片桨角控制叶片进行变桨操作。
作为本实施例的一种可选实施方式，获取模块201还具体用于在获取风电机组前置距离门的第一风况数据之前，方法包括：获取当前风电机组的基础参数，基础参数包括当前风电机组的叶片长度、叶轮转速和塔筒高度；基于基础参数确定激光雷达的偏转角度；根据偏转角度确定激光雷达每个激光光束的发射角度；基于每个激光光束的发射角度设置多个前置距离门，前置距离门为激光雷达前置水平距离内的垂直平面。
作为本实施例的一种可选实施方式，获取模块201还具体用于获取风电机组前置距离门的第一风况数据包括：获取所有前置距离门的第二风况数据；基于当前风电机组的基础参数确定最佳前置距离门；基于最佳前置距离门对第二风况数据进行筛选，得到第三风况数据；将第三风况数据作为第一风况数据，并按照预设周期不断获取第一风况数据。
作为本实施例的一种可选实施方式，判断模块202还具体用于基于第一风况数据判断是否存在极限风况包括：基于第一风况数据计算净空影响因子，净空影响因子包括雷达阵风、垂直风切变和湍流强度；分别判断雷达阵风、垂直风切变和湍流强度是否大于预设阈值；若存在至少一个净空影响因子大于预设阈值；则判定当前前置距离门存在极限风况。
作为本实施例的一种可选实施方式，判断模块202还具体用于基于第一风况数据计算净空影响因子包括：获取激光雷达的安装高度以及轮毂高度；基于第一风况数据获取当前前置距离门的上平面风速和下平面风速；基于上平面风速、下平面风速、激光雷达的安装高度以及轮毂高度计算当前前置距离门的第一反演风速；基于当前前置距离门的第一反演风速获取相邻预设前置距离门的第二反演风速；基于上平面风速、下平面风速、激光雷达的安装高度以及轮毂高度计算垂直风切变；基于第一反演风速、第二反演风速和垂直风切变计算雷达阵风；和/或，获取当前前置距离门的速度平滑周期和第一视向风速；基于速度平滑周期和第一视向风速确定第二视向风速，第二视向风速为第一视向风速在速度平滑周期的第二视向风速；基于第一视向风速和第二视向风速确定视向风速变化值；基于视向风速变化值和第二视向风速计算湍流强度。
作为本实施例的一种可选实施方式，判断模块202还具体用于修改风电机组的叶片桨角包括：获取风电机组的当前叶片桨角和基础参数；基于第一风况数据和基础参数确定修改叶片桨角；获取前置距离门与风电机组的叶片的前置距离；基于第一风况数据和前置距离确定极限风况到达叶片的到达时间；基于修改叶片桨角和到达时间对当前叶片桨角进行修改，得到最小安全叶片桨角。
作为本实施例的一种可选实施方式，变桨模块203还具体用于在基于叶片桨角控制叶片进行提前变桨操作之后，方法还包括：基于第一风况数据和修改叶片桨角建立风况变角数据库；获取变桨操作之后风电机组的变桨结果，变桨结果包括风电机组没有损伤和风电机组受到损伤；当变桨结果为风电机组所有损伤时，获取变桨结果为风电机组没有损伤对应的第一风况数据和叶片桨角；将变桨结果为风电机组没有损伤对应的第一风况数据和叶片桨角存储至风况变角数据库内；当变桨结果为风电机组受到损伤时，基于第一风况数据和修改叶片桨角建立仿真模型；在仿真模型内重新确定修改叶片桨角，得到最新修改叶片桨角；基于最新修改叶片桨角在仿真模型进行仿真，得到仿真结果；当仿真结果为风电机组没有损伤时，将第一风况数据和对应的最新修改叶片桨角存储至风况变角数据库内。
在一个例子中，以上任一装置中的模块可以是被配置成实施以上方法的一个或多个集成电路，例如：一个或多个专用集成电路(application specificintegratedcircuit，ASIC)，或，一个或多个数字信号处理器(digital signal processor，DSP)，或，一个或者多个现场可编程门阵列(field programmable gate array，FPGA)，或这些集成电路形式中至少两种的组合。
再如，当装置中的模块可以通过处理元件调度程序的形式实现时，该处理元件可以是通用处理器，例如中央处理器(central processing unit，CPU)或其它可以调用程序的处理器。再如，这些模块可以集成在一起，以片上系统(system-on-a-chip，SOC)的形式实现。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置和模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
图4为本申请实施例提供的基于激光雷达风电机组净空控制系统的结构框图。
如图4所示，基于激光雷达风电机组净空控制系统包括雷达测风模块、前馈控制器、最小桨角限制模块、风电机组以及反馈控制器；雷达测风模块的输入端连接于激光雷达，雷达测风模块的输出端连接于前馈控制器的输入端，前馈控制器的输出端连接于最小桨角限制模块的输入端，最小桨角限制模块的输出端连接于风电机组的变桨执行模块；
风电机组还包括风速测量模块和叶片转速测量模块，叶片转速测量模块连接于反馈控制器的输入端，反馈控制器的输出端连接于变桨执行模块的输入端。
在本实施例中，雷达测风模块用于检测风电机组前置距离门的第一风况数据，并将第一风况数据传输至前馈控制器；
前馈控制器用于接收第一风况数据，并执行上述的基于激光雷达风电机组净空控制方法；
最小桨角限制模块用于限制叶片桨角的最小桨角；
风电机组用于执行变桨操作、风速测量以及叶片转速测量；并将叶片转速传输至反馈控制器；
反馈控制器用于接收叶片转速，并根据叶片转速实现闭环控制变桨操作。
一种基于激光雷达风电机组净空控制系统的工作原理为：雷达测风模块获取到激光雷达在前置距离门的第一风况数据，然后将第一风况数据传输至前馈控制器内，前馈控制器根据第一风况数据判断是否存在极限风况，当存在极限风况时，前馈控制器根据第一风控数据修改最小叶片桨角，然后将最小叶片桨角传输至最小桨角限制模块内，同时风电机组的风速测量模块对风电机组位置的风速进行测量，同时叶片转速测量模块测量叶片转速，并将叶片转速传输至反馈控制器，反馈控制器接收到叶片转速之后，根据叶片转速和最小桨角共同控制变桨执行模块执行变桨操作，以应对极限风况，减少叶片与塔筒发生碰撞的可能性，减少损失，保证风电机组稳定运行。
本申请还提供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上述的基于激光雷达风电机组净空控制方法的步骤。
该计算机可读存储介质可以包括：U盘、移动硬盘、只读存储器 (R ead-OnlyMemory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的申请范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离前述申请构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中申请的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (8)

1.一种基于激光雷达风电机组净空控制方法，其特征在于，包括：
获取所述风电机组前置距离门的第一风况数据，所述第一风况数据包括风速、风剪切和风向；
基于所述第一风况数据判断是否存在极限风况，所述极限风况包括极限阵风、极限湍流和极限风剪切；
若存在极限风况，则修改所述风电机组的叶片桨角；
基于所述叶片桨角控制所述风电机组的叶片进行提前变桨操作；
所述基于所述第一风况数据判断是否存在极限风况包括：
基于所述第一风况数据计算净空影响因子，所述净空影响因子包括雷达阵风、垂直风切变和湍流强度；
分别判断所述雷达阵风、所述垂直风切变和所述流强度是否大于预设阈值；
若存在至少一个净空影响因子大于预设阈值；则判定当前前置距离门存在极限风况；
所述基于所述第一风况数据计算净空影响因子包括：
获取激光雷达的安装高度以及轮毂高度；
基于所述第一风况数据获取所述当前前置距离门的上平面风速和下平面风速；
基于所述上平面风速、下平面风速、激光雷达的安装高度以及轮毂高度计算所述当前前置距离门的第一反演风速；
基于所述当前前置距离门的第一反演风速获取相邻预设前置距离门的第二反演风速；
基于所述上平面风速、下平面风速、激光雷达的安装高度以及轮毂高度计算所述垂直风切变；
基于所述第一反演风速、所述第二反演风速和所述垂直风切变计算所述雷达阵风；和/或，
获取当前前置距离门的速度平滑周期和第一视向风速；
基于所述速度平滑周期和所述第一视向风速确定第二视向风速，所述第二视向风速为所述第一视向风速在所述速度平滑周期的第二视向风速；
基于所述第一视向风速和所述第二视向风速确定视向风速变化值；
基于所述视向风速变化值和所述第二视向风速计算所述湍流强度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述获取所述风电机组前置距离门的第一风况数据之前，所述方法包括：
获取当前风电机组的基础参数，所述基础参数包括所述当前风电机组的叶片长度、叶轮转速和塔筒高度；
基于所述基础参数确定所述激光雷达的偏转角度；
根据所述偏转角度确定所述激光雷达每个激光光束的发射角度；
基于每个所述激光光束的发射角度设置多个前置距离门，所述前置距离门为所述激光雷达前置水平距离内的垂直平面。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述获取所述风电机组前置距离门的第一风况数据包括：
获取所有所述前置距离门的第二风况数据；
基于当前风电机组的基础参数确定最佳前置距离门；
基于所述最佳前置距离门对所述第二风况数据进行筛选，得到第三风况数据；
将所述第三风况数据作为第一风况数据，并按照预设周期不断获取第一风况数据。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述修改所述风电机组的叶片桨角包括：
获取所述风电机组的当前叶片桨角和基础参数；
基于所述第一风况数据和所述基础参数确定修改叶片桨角；
获取前置距离门与所述风电机组的叶片的前置距离；
基于所述第一风况数据和所述前置距离确定极限风况到达所述叶片的到达时间；
基于所述修改叶片桨角和所述到达时间对所述当前叶片桨角进行修改，得到最小安全叶片桨角。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述基于所述叶片桨角控制所述风电机组的叶片进行提前变桨操作之后，所述方法还包括：
基于所述第一风况数据和所述修改叶片桨角建立风况变角数据库；
获取所述变桨操作之后所述风电机组的变桨结果，所述变桨结果包括所述风电机组没有损伤和所述风电机组受到损伤；
当所述变桨结果为所述风电机组所有损伤时，获取所述变桨结果为所述风电机组没有损伤对应的第一风况数据和所述叶片桨角；
将所述变桨结果为所述风电机组没有损伤对应的第一风况数据和所述叶片桨角存储至风况变角数据库内；
当所述变桨结果为所述风电机组受到损伤时，基于所述第一风况数据和所述修改叶片桨角建立仿真模型；
在所述仿真模型内重新确定修改叶片桨角，得到最新修改叶片桨角；
基于所述最新修改叶片桨角在所述仿真模型进行仿真，得到仿真结果；
当所述仿真结果为所述风电机组没有损伤时，将所述第一风况数据和对应的最新修改叶片桨角存储至风况变角数据库内。
6.一种基于激光雷达风电机组净空控制装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取所述风电机组前置距离门的第一风况数据，所述第一风况数据包括风速、风剪切和风向；
判断模块，用于基于所述第一风况数据判断是否存在极限风况，所述极限风况包括极限阵风、极限湍流和极限风剪切；若存在极限风况，则修改所述风电机组的叶片桨角；
变桨模块，用于基于所述叶片桨角控制所述叶片进行变桨操作；
判断模块还具体用于基于第一风况数据判断是否存在极限风况包括：基于第一风况数据计算净空影响因子，净空影响因子包括雷达阵风、垂直风切变和湍流强度；分别判断雷达阵风、垂直风切变和湍流强度是否大于预设阈值；若存在至少一个净空影响因子大于预设阈值；则判定当前前置距离门存在极限风况；
判断模块还具体用于基于第一风况数据计算净空影响因子包括：获取激光雷达的安装高度以及轮毂高度；基于第一风况数据获取当前前置距离门的上平面风速和下平面风速；基于上平面风速、下平面风速、激光雷达的安装高度以及轮毂高度计算当前前置距离门的第一反演风速；基于当前前置距离门的第一反演风速获取相邻预设前置距离门的第二反演风速；基于上平面风速、下平面风速、激光雷达的安装高度以及轮毂高度计算垂直风切变；基于第一反演风速、第二反演风速和垂直风切变计算雷达阵风；和/或，获取当前前置距离门的速度平滑周期和第一视向风速；基于速度平滑周期和第一视向风速确定第二视向风速，第二视向风速为第一视向风速在速度平滑周期的第二视向风速；基于第一视向风速和第二视向风速确定视向风速变化值；基于视向风速变化值和第二视向风速计算湍流强度。
7.一种基于激光雷达风电机组净空控制系统，其特征在于，包括雷达测风模块、前馈控制器、最小桨角限制模块、风电机组和反馈控制器；
所述雷达测风模块用于检测所述风电机组前置距离门的第一风况数据，并将所述第一风况数据传输至所述前馈控制器；
所述前馈控制器用于接收所述第一风况数据，并执行如权利要求1至5任一项所述的方法；
所述最小桨角限制模块用于限制所述叶片桨角的最小桨角；
所述风电机组用于执行变桨操作、风速测量以及叶片转速测量；并将所述叶片转速传输至所述反馈控制器；
所述反馈控制器用于接收所述叶片转速，并根据所述叶片转速实现闭环控制变桨操作。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，包括计算机程序或指令，当所述计算机程序或指令在计算机上运行时，使得所述计算机执行如权利要求1至5任一项所述的方法。
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