CN116658378A - 风力发电机组风切变预警方法、系统及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种风力发电机组风切变预警方法、系统及存储介质,属于风力发电预警技术领域。所述方法包括:获取采集到的风速,所述风速包括:风力发电机组点位及风力发电机组周围呈放射状的不同点位的风速;根据风速及不同点位的标定信息计算风力发电机组点位的估算风速;根据所述估算风速控制风力发电机组调整运行状态。通过在风力发电机组点位及周围呈放射状采集不同点位的风速,从而预估风力发电机组位置的风速,提前为风力发电机组预警,从而控制风力发电机组提前依据估算风速调整运行状态,减少叶片因风速受高速气流冲击而发生的形变过大撞击塔筒的事故,提高叶片使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电预警技术领域,具体地涉及一种风力发电机组风切变预警方法、一种风力发电机组风切变预警系统以及一种机器可读存储介质。
背景技术
随着风力发电机组的发展,很多优质地区如平原地区或丘陵地区已经大量装备风力发电机组,这些地区风速平稳,风切变较小,但是这些地区被占用殆尽,风力发电机组运营商不得不将风力发电机组投放到山地地区。山地地区气流状态较平原和丘陵地区差,机组所在位置容易受平流和山谷上升气流同时影响。但是山谷中往往无测风设备,若山谷气流上升,风力发电机组可能在未知情况下受高速气流冲击,使风力发电机组叶片大幅形变,叶片寿命会较设计寿命降低,另外可能会引起叶片形变过大而撞击塔筒。
发明内容
本发明实施方式的目的是提供一种风力发电机组风切变预警方法、系统及存储介质,以至少解决山地地区无法提前监测风切变,导致的风力发电机组遭受高速气流冲击,从而使风力发电机组叶片大幅形变,叶片寿命会较设计寿命降低的问题。
为了实现上述目的,本发明第一方面提供一种风力发电机组风切变预警方法,所述方法包括:
获取采集到的风速,所述风速包括:风力发电机组点位及风力发电机组周围呈放射状的不同点位的风速;
根据风速及不同点位的标定信息计算风力发电机组点位的估算风速;
根据所述估算风速控制风力发电机组调整运行状态。通过在风力发电机组点位及周围呈放射状采集不同点位的风速,从而预估风力发电机组位置的风速,提前为风力发电机组预警,从而控制风力发电机组提前依据估算风速调整运行状态,减少叶片因风速受高速气流冲击而发生的形变过大撞击塔筒的事故,提高叶片使用寿命。
在本申请实施例中,根据风速及不同点位的标定信息计算风力发电机组点位的估算风速,包括:
比较同一射线上的外围点位和内围点位的风速,确定风速的变化状态;
当确定风速向风力发电机组方向加速时,根据当前内围点位、外围点位以及风力发电机组点位的标定信息计算当前内围点位与风力发电机组点位之间的第一距离,以及外围点位与风力发电机组点位之间的第二距离;
根据第一距离与第二距离的比值以及外围点位和内围点位的风速,采用线性插值法估算风力发电机组的估算风速。根据测量得到的风速及测量点位标定信息估算风力发电机组点位的估算风速,估算方式简单快捷,且考虑风速在不同位置的变化,更具有参考意义。
在本申请实施例中,根据风速及不同点位的标定信息计算风力发电机组点位的估算风速,包括:
比较同一射线上的外围点位和内围点位的风速,确定风速的变化状态;
当确定风速向风力发电机组方向加速时,根据当前内围点位、外围点位以及风力发电机组点位的标定信息计算当前内围点位与风力发电机组点位之间的第一距离,以及外围点位与风力发电机组点位之间的第二距离;
根据第一距离和第二距离计算外围点位与内围点位之间的第三距离;
根据所述第三距离计算历史最大风速下外围点位到内围点位的第一时间;
根据所述第一距离计算历史最大风速下内围点位到风力发电机组点位的第二时间;
根据外围点位风速、内围点位风速以及第一时间计算第一风速增量;
根据第一风速增量、第二时间和内围点位风速估算风力发电机组的估算风速。
在本申请实施例中,根据风速及不同点位的标定信息计算风力发电机组点位的估算风速,包括:
比较同一射线上的外围点位和内围点位的风速,确定风速的变化状态;
当确定风速向风力发电机组方向加速时,根据当前内围点位以及风力发电机组点位的标定信息计算当前内围点位与风力发电机组点位之间的第一距离;
根据第一距离计算历史最大风速下内围点位到风力发电机组点位的第二时间;
根据同一内围点位不同时间的风速计算第二风速增量;
根据第二风速增量、第二时间和内围点位风速估算风力发电机组的估算风速。
在本申请实施例中,所述方法还包括:
计算风力发电机组点位的风速与估算风速的差值;
计算所述估算风速与所述差值之和,得到修正后的估算风速。风力发电机组点位的风速是由山谷上升气流和风力发电机组所在位置的水平气流叠加形成的,将风力发电机组点位的风速与估算风速的差值作为当前风力发电机组点位的水平气流引起的风速,以此来修正估算风速。
在本申请实施例中,所述方法还包括:
间隔预设时间重新计算风力发电机组点位的风速与估算风速的差值。本申请中的差值为粗略估算,为了提高准确度,可以间隔预设时间重新计算差值。
在本申请实施例中,根据所述估算风速控制风力发电机组调整运行状态,包括:
根据标定的风速与风力发电机组的桨距角关系确定至少三个变桨节点;
根据估算风速与变桨节点的关系控制风力发电机组调整运行状态。根据需求确定多个变桨节点,在实际预警过程中,作为控制风力发电机组的变桨参考节点。
在本申请实施例中,根据标定的风速与风力发电机组的桨距角关系确定第一变桨节点、第二变桨节点和第三变桨节点;
当估算风速小于或等于第一变桨节点风速时,控制风力发电机组继续按当前状态运行;
当估算风速大于第一变桨节点风速,小于或等于第二变桨节点风速时,控制风力发电机组按照第二变桨节点桨距角变桨;
当估算风速大于第二变桨节点风速,小于或等于第三变桨节点风速时,控制风力发电机组按照第三变桨节点桨距角变桨;
当估算风速大于第三变桨节点风速时,控制风力发电机组收桨。在预警过程中,风力发电机组的控制方式按照当前变桨节点风速区间的最大变桨方式来变桨,以使风力发电机组能够安全运行。
本发明第二方面提供一种风力发电机组风切变预警系统,所述系统包括:
多个测风设备,布置在风力发电机组上及呈放射状布置在风力发电机组周围,用于采集风力发电机组点位以及周围不同点位的风速;
风速信息收集装置,布置在风力发电机组上,用于接收测风设备采集的风速,根据采集的风速及存储的不同点位的标定信息计算风力发电机组点位的估算风速;
控制系统,布置在风力发电机组上,用于根据估算风速控制风力发电机组调整运行状态。该预警系统依照山地地形来布置,能够山地地区无法提前监测风切变,导致的风力发电机组遭受高速气流冲击,从而使风力发电机组叶片大幅形变,叶片寿命会较设计寿命降低的问题。
本发明第三方面提供一种机器可读存储介质,该机器可读存储介质上存储有指令,该指令用于使得机器执行所述的风力发电机组风切变预警方法。
通过上述技术方案,本申请提供的风力发电机组风切变预警方法可以有效避免风力发电机组在工作时,遇到风切变成高风速状态,高风速使得叶片形变超过设计值并撞击塔筒,进而损坏风力发电机组。
本发明实施方式的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施方式的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施方式,但并不构成对本发明实施方式的限制。在附图中:
图1是本发明一种实施方式提供的风力发电机组风切变预警方法流程图;
图2是本发明一种实施方式提供的风力发电机组风切变预警系统框图;
图3是本发明一种实施方式提供的风力发电机组风切变预警系统中测风设备布置示意图。
附图标记说明
1-测风设备,2-风力发电机组。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明,并不用于限制本发明。
图1是本发明一种实施方式提供的风力发电机组风切变预警方法流程图。如图1所示,所述方法包括:
S1:获取采集到的风速,所述风速包括:风力发电机组点位及风力发电机组周围呈放射状的不同点位的风速。在本申请实施例中,采用测风设备采集风速。
S2:根据风速及不同点位的标定信息计算风力发电机组点位的估算风速。
S3:根据所述估算风速控制风力发电机组调整运行状态。通过在风力发电机组点位及周围呈放射状采集不同点位的风速,从而预估风力发电机组位置的风速,提前为风力发电机组预警,从而控制风力发电机组提前依据估算风速调整运行状态,减少叶片因风速受高速气流冲击而发生的形变过大撞击塔筒的事故,提高叶片使用寿命。
在本申请实施例中,步骤S2中,根据风速及不同点位的标定信息计算风力发电机组点位的估算风速,包括:
比较同一射线上的外围点位和内围点位的风速,确定风速的变化状态。一般情况下,气流在流经不同的位置时,其速度会发生变化,这种变化可能是速度越来越大,也可能是速度越来越小。若是以风力发电机组点位为端点的同一射线上的两个点位,其中内围点位的风速小于外围点位的风速,则可以推测风速从外围到内围方向是降低的,此时可以推测同一气流到达风力发电机组点位时,不会形造成风险;反之内围点位的风速大于外围点位的风速,则可以推测风速从外围到内围方向是增加的,此时可以推测同一气流到达风力发电机组点位时,风速会持续增加,存在风险。此外,若外围点位风速和内围点位风速相同,则当前气流风速稳定,当前内围点位测得的风速即为风力发电机组点位未修正的估算风速。
为了保障风力发电机组的风速估算值能够尽可能的覆盖当前风力发电机组点位的所有风速,在确定风速的变化状态时,使用的是呈放射状的所有点位风速中的最大风速。这样使得风力发电机组的风速预警值更大,充分避免风切变时的大风速对风力发电机组的影响。
本申请中,当确定风速向风力发电机组方向加速时,根据当前内围点位、外围点位以及风力发电机组点位的标定信息计算当前内围点位与风力发电机组点位之间的第一距离L1,以及外围点位与风力发电机组点位之间的第二距离L2;
根据第一距离与第二距离的比值以及外围点位和内围点位的风速,采用线性插值法估算风力发电机组的估算风速。根据测量得到的风速及测量点位标定信息估算风力发电机组点位的估算风速,估算方式简单快捷,且考虑风速在不同位置的变化,更具有参考意义。
在本申请其他实施例中,步骤S2中,根据风速及不同点位的标定信息计算风力发电机组点位的估算风速,包括:
比较同一射线上的外围点位和内围点位的风速,确定风速的变化状态;
当确定风速向风力发电机组方向加速时,根据当前内围点位、外围点位以及风力发电机组点位的标定信息计算当前内围点位与风力发电机组点位之间的第一距离L1,以及外围点位与风力发电机组点位之间的第二距离L2;
根据第一距离L1和第二距离L2计算外围点位与内围点位之间的第三距离L3;
根据所述第三距离L3计算历史最大风速Vmax下外围点位到内围点位的第一时间t1,t1=L3/Vmax;
根据所述第一距离L1计算历史最大风速Vmax下内围点位到风力发电机组点位的第二时间t2,t2=L1/Vmax,历史最大风速可以是一年的最大风速,若遇极端恶劣天气,可以使用用20年一遇风速最大值等。
根据外围点位风速Vc1、内围点位风速Vc2以及第一时间t1计算第一风速增量a1,a1=(Vc2-Vc1)/t1;
根据第一风速增量a1、第二时间t2和内围点位风速Vc2估算风力发电机组的估算风速Vs,Vs=Vc2+t2×a1。
在本申请其他实施例中,步骤S2中,根据风速及不同点位的标定信息计算风力发电机组点位的估算风速,包括:比较同一射线上的外围点位和内围点位的风速,确定风速的变化状态;
当确定风速向风力发电机组方向加速时,根据当前内围点位以及风力发电机组点位的标定信息计算当前内围点位与风力发电机组点位之间的第一距离L1;
根据第一距离L1计算历史最大风速Vmax下内围点位到风力发电机组点位的第二时间t2,t2=L1/Vmax,历史最大风速可以是一年的最大风速,若遇极端恶劣天气,可以使用用20年一遇风速最大值等。
根据同一内围点位不同时间的风速计算第二风速增量a2,假定同一内围点位第一时间的风速为Vc0,第二时间的风速为Vc1,第一时间和第二时间的间隔为t0,则a2=(Vc1-Vc0)/t0。一般都,为尽快预测风力发电机组点位风速,并考虑到测风设备响应时间,计算第二风速增量的两个风速间隔时间t0取值0.5-2秒。
根据第二风速增量a2、第二时间t2和内围点位风速Vc1估算风力发电机组的估算风速Vs,Vs=Vc1+t2×a2。
在本申请实施例中,所述标定信息包括:位置坐标、相对风力发电机组的方向、绝对海拔高度和相对底面高度;
根据当前内围点位、外围点位以及风力发电机组点位的标定信息计算当前内围点位与风力发电机组点位之间的第一距离,以及外围点位与风力发电机组点位之间的第二距离,包括:
根据当前内围点位、外围点位以及风力发电机组点位的位置坐标、绝对海拔高度和相对底面高度,采用三角函数计算当前内围点位与风力发电机组点位之间的第一距离,以及外围点位与风力发电机组点位之间的第二距离,
第三距离采用第二距离减去第一距离得到。
在本申请实施例中,所述方法还包括:
根据风力发电机组点位的风速对估算风速进行修正。根据风力发电机组点位的风速对估算风速进行修正后,估算风速更能够更好的预警风切变。
在本申请实施例中,根据风力发电机组点位的风速对估算风速进行修正,包括:
计算风力发电机组点位的风速与估算风速的差值;
计算所述估算风速与所述差值之和,得到修正后的估算风速。
假定估算风速Vc,风力发电机组点位的风速Vs,差值C=Vs-Vc,假设C是当前机组所在位置的水平气流引起的风速,则,估算风速在修正过程中均+C,修正后的估算风速Vs_p=Vs+C。
在其他实施例中,也可采用最小二乘法,对测风点位置风速,风力发电机组顶部测风速,两个点的风加速度进行拟合,最终预测风速根据拟合函数预测。
风力发电机组点位的风速是由山谷上升气流和风力发电机组所在位置的水平气流叠加形成的,将风力发电机组点位的风速与估算风速的差值作为当前风力发电机组点位的水平气流引起的风速,以此来修正估算风速。
在本申请实施例中,所述方法还包括:
间隔预设时间重新计算风力发电机组点位的风速与估算风速的差值。本申请中的差值为粗略估算,为了提高准确度,可以间隔预设时间重新计算差值。在本申请实施例中,预设时间可以根据风电机组环境进行设置,例如间隔1小时或者更短。
在本申请实施例中,根据所述估算风速控制风力发电机组调整运行状态,包括:
根据标定的风速与风力发电机组的桨距角关系确定至少三个变桨节点;
根据估算风速与变桨节点的关系控制风力发电机组调整运行状态。根据需求确定多个变桨节点,在实际预警过程中,作为控制风力发电机组的变桨参考节点。
在本申请实施例中,根据标定的风速与风力发电机组的桨距角关系确定第一变桨节点、第二变桨节点和第三变桨节点;
当估算风速小于或等于第一变桨节点风速时,控制风力发电机组继续按当前状态运行;
当估算风速大于第一变桨节点风速,小于或等于第二变桨节点风速时,控制风力发电机组按照第二变桨节点桨距角变桨;
当估算风速大于第二变桨节点风速,小于或等于第三变桨节点风速时,控制风力发电机组按照第三变桨节点桨距角变桨;
当估算风速大于第三变桨节点风速时,控制风力发电机组收桨。在预警过程中,风力发电机组的控制方式按照当前变桨节点风速区间的最大变桨方式来变桨,以使风力发电机组能够安全运行。
在遇到极端天气的情况下,为了减少损失应该优先保护风力发电机组,允许瞬时发电量损失。当风速触发保护动作时,危险等级由低风速向高风速依次增加,如估算风速分级等级连续递增,风力发电机组将连续触发保护动作。为避免风力发电机组频繁动作,若预测风速等级连续下降或短时间内降低,保护动作将延迟,延迟时间可设置为1分钟或10分钟等,若在延迟后,估算风速分级降低,可降低保护动作等级或退出保护动作,若估算风速依然处于危险风速范围,继续延迟降低保护动作的时间,延迟时间可根据风速变化特点取值,风速起伏变化程度较大的,可取10分钟,起伏变化程度较低的,可取1分钟。
本发明第二种实施例提供一种风力发电机组风切变预警系统,所述系统包括:
多个测风设备,布置在风力发电机组上及呈放射状布置在风力发电机组周围,用于采集风力发电机组点位以及周围不同点位的风速;
风速信息收集装置,布置在风力发电机组上,用于接收测风设备采集的风速,根据采集的风速及存储的不同点位的标定信息计算风力发电机组点位的估算风速;
控制系统,布置在风力发电机组上,用于根据估算风速控制风力发电机组调整运行状态。该预警系统依照山地地形来布置,能够山地地区无法提前监测风切变,导致的风力发电机组遭受高速气流冲击,从而使风力发电机组叶片大幅形变,叶片寿命会较设计寿命降低的问题。
在一些实施例中,将测风设备在风力发电机组周围八个方向布置。该点风速该模型假设风是大面积吹过的,即风从任何方向吹过测风设备点位时,风力发电机组将受同样的风吹,假设测风设备点位所捕获的风不绕过风力发电机组,并且测风设备点位在机组周围八个方向设置,任何一个测风设备点位捕获并计算的估算风速最大值将被采纳,一定程度抵消了风向随机性的影响,因此不考虑风向。
在本申请实施例中,风力发电机组布置在山地地区的山顶或山腰处,图3所示,本实施例将风力发电机组布置在山顶。测风设备可以使用超声波测风仪或旋转式风速度计,也可以混合使用,将测风设备布置在风力发电机组周围,可在主风向的方向布置多个,其他风向位置少量布置,也可以在风力发电机组周围均匀布置,布置高度可选择谷底、山腰等位置。布置测风设备时,设备应当呈放射状布置,即某个方向布置的若干测风设备连线的延长线应能和风力发电机组塔筒轴线相交或接近相交。风力发电机组上布置风速信息收集设备,测风设备通过网线或光纤和风速信息收集设备连接,风速信息收集设备负责收集风力发电机组附近每个测风设备风速信息以及风力发电机组本身测风设备的风速信息。通过上述系统可以根据测得的山谷、山腰风速预估山顶的风速,为布置在山顶的风力发电机组提前预警。
本发明第三方面提供一种机器可读存储介质,该机器可读存储介质上存储有指令,该指令用于使得机器执行所述的风力发电机组风切变预警方法。
本领域技术人员可以理解实现上述实施方式的方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成,该程序存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本发明各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM,Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上结合附图详细描述了本发明的可选实施方式,但是,本发明实施方式并不限于上述实施方式中的具体细节,在本发明实施方式的技术构思范围内,可以对本发明实施方式的技术方案进行多种简单变型,这些简单变型均属于本发明实施方式的保护范围。另外需要说明的是,在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征,在不矛盾的情况下,可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复,本发明实施方式对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外,本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合,只要其不违背本发明实施方式的思想,其同样应当视为本发明实施方式所公开的内容。
Claims (10)
1.一种风力发电机组风切变预警方法,其特征在于,所述方法包括:
获取采集到的风速,所述风速包括:风力发电机组点位及风力发电机组周围呈放射状的不同点位的风速;
根据风速及不同点位的标定信息计算风力发电机组点位的估算风速;
根据所述估算风速控制风力发电机组调整运行状态。
2.根据权利要求1所述的风力发电机组风切变预警方法,其特征在于,根据风速及不同点位的标定信息计算风力发电机组点位的估算风速,包括:
比较同一射线上的外围点位和内围点位的风速,确定风速的变化状态;
当确定风速向风力发电机组方向加速时,根据当前内围点位、外围点位以及风力发电机组点位的标定信息计算当前内围点位与风力发电机组点位之间的第一距离,以及外围点位与风力发电机组点位之间的第二距离;
根据第一距离与第二距离的比值以及外围点位和内围点位的风速,采用线性插值法估算风力发电机组的估算风速。
3.根据权利要求1所述的风力发电机组风切变预警方法,其特征在于,根据风速及不同点位的标定信息计算风力发电机组点位的估算风速,包括:
比较同一射线上的外围点位和内围点位的风速,确定风速的变化状态;
当确定风速向风力发电机组方向加速时,根据当前内围点位、外围点位以及风力发电机组点位的标定信息计算当前内围点位与风力发电机组点位之间的第一距离,以及外围点位与风力发电机组点位之间的第二距离;
根据第一距离和第二距离计算外围点位与内围点位之间的第三距离;
根据所述第三距离计算历史最大风速下外围点位到内围点位的第一时间;
根据所述第一距离计算历史最大风速下内围点位到风力发电机组点位的第二时间;
根据外围点位风速、内围点位风速以及第一时间计算第一风速增量;
根据第一风速增量、第二时间和内围点位风速估算风力发电机组的估算风速。
4.根据权利要求1所述的风力发电机组风切变预警方法,其特征在于,根据风速及不同点位的标定信息计算风力发电机组点位的估算风速,包括:
比较同一射线上的外围点位和内围点位的风速,确定风速的变化状态;
当确定风速向风力发电机组方向加速时,根据当前内围点位以及风力发电机组点位的标定信息计算当前内围点位与风力发电机组点位之间的第一距离;
根据第一距离计算历史最大风速下内围点位到风力发电机组点位的第二时间;
根据同一内围点位不同时间的风速计算第二风速增量;
根据第二风速增量、第二时间和内围点位风速估算风力发电机组的估算风速。
5.根据权利要求2、3或4所述的风力发电机组风切变预警方法,其特征在于,所述方法还包括:
计算风力发电机组点位的风速与估算风速的差值;
计算所述估算风速与所述差值之和,得到修正后的估算风速。
6.根据权利要求5所述的风力发电机组风切变预警方法,其特征在于,所述方法还包括:
间隔预设时间重新计算风力发电机组点位的风速与估算风速的差值。
7.根据权利要求1所述的风力发电机组风切变预警方法,其特征在于,根据所述估算风速控制风力发电机组调整运行状态,包括:
根据标定的风速与风力发电机组的桨距角关系确定至少三个变桨节点;
根据估算风速与变桨节点的关系控制风力发电机组调整运行状态。
8.根据权利要求7所述的风力发电机组风切变预警方法,其特征在于,
根据标定的风速与风力发电机组的桨距角关系确定第一变桨节点、第二变桨节点和第三变桨节点;
当估算风速小于或等于第一变桨节点风速时,控制风力发电机组继续按当前状态运行;
当估算风速大于第一变桨节点风速,小于或等于第二变桨节点风速时,控制风力发电机组按照第二变桨节点桨距角变桨;
当估算风速大于第二变桨节点风速,小于或等于第三变桨节点风速时,控制风力发电机组按照第三变桨节点桨距角变桨;
当估算风速大于第三变桨节点风速时,控制风力发电机组收桨。
9.一种风力发电机组风切变预警系统,其特征在于,所述系统包括:
多个测风设备,布置在风力发电机组上及呈放射状布置在风力发电机组周围,用于采集风力发电机组点位以及周围不同点位的风速;
风速信息收集装置,布置在风力发电机组上,用于接收测风设备采集的风速,根据采集的风速及存储的不同点位的标定信息计算风力发电机组点位的估算风速;
控制系统,布置在风力发电机组上,用于根据估算风速控制风力发电机组调整运行状态。
10.一种机器可读存储介质,该机器可读存储介质上存储有指令,该指令用于使得机器执行权利要求1-8中任一项所述的风力发电机组风切变预警方法。
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