CN117028150B - 一种风力发电机组区时域化策略的偏航控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种风力发电机组区时域化策略的偏航控制方法，涉及风力发电技术领域。本发明通过构建对同一发电区域的各个风力机组间基准关系，并获取风力发电区域内的风力信息，通过构建以单个风力机组为基准的风力干扰区域，分析受到风力干扰区域影响的其他风力机组，并通过对相应风力机组进行自主偏航控制，从而实现正面“迎合”即将到达的风能，使得相应风力机组的能够与风能较大程度的进行状态契合，进一步提高了风力发电区众多风力机组对风能的“吸收”利用率。

Description

一种风力发电机组区时域化策略的偏航控制方法
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种风力发电机组区时域化策略的偏航控制方法。
背景技术
风力发电作为电力新能源中的重要产业，广泛分布在风能资源较为丰富的地区，而同一个风力发电区域往往布置了较多数目的风力机组，来最大化的“吸收”风能、“转化”电能。
在风力机组中，偏航系统是水平轴式风力发电机组必不可少的组成系统之一。偏航系统的主要作用有两个：第一，与风力发电机组的控制系统相互配合，使风力发电机组的风轮始终处于迎风状态，充分利用风能，提高风力发电机组的发电效率。第二，提供必要的锁紧力矩，以保障风力发电机组的安全运行。风力发电机组的偏航系统一般分为主动偏航系统和被动偏航系统。主动偏航指的是采用电力或液压拖动来完成对风动作的偏航方式，常见的有齿轮驱动和滑动两种形式。对于并网型风力发电机组来说，通常都采用主动偏航的齿轮驱动形式。
但是当风力作用在风力机组之后，风力机组才开始进行主动偏航调控，若再加上偏航调控时间较长，就会“错失”不少风能的“正面”迎风状态时长，若是一天、两天、一个月甚至更长时间内发生很多次风向变化，错失的“正面”迎风状态累计时长会较多，而且同一风力发电区的风力机组数目较多，这无疑会损失较多本可以转化为电能风能。因此，如何进一步提高风力发电区众多风力机组对风能的“吸收”利用率，成为需要解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种风力发电机组区时域化策略的偏航控制方法，从而实现正面“迎合”即将到达的风能，使得相应风力机组的能够与风能较大程度的进行状态契合，进一步提高了风力发电区众多风力机组对风能的“吸收”利用率。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明提供一种风力发电机组区时域化策略的偏航控制方法，包括以下环节内容：
环节一，构建各个风力机组间基准关系：控制系统获取区域内所有风力机组所在的位置信息，设置任意一个方向线L为其中任意一个风力机组Sx的基准参考线，构建剩余各个风力机组与风力机组Sx之间的连线并分析连线线段的距离LS、连线与风力机组Sx基准参考线L之间的夹角角度θS。
环节二，获取风力风向信息：控制系统获取风力机组Sx所在位置的实时风力信息，包括风向信息、风速信息，设实时风向与风力机组Sx的基准参考线L之间的夹角角度为θf。
环节三，构建风力干扰区域：控制系统预设风力干扰范围角θP，设风速为V，存在f(θP)∝f(V)。根据风力机组Sx所在位置的实时风向信息，分析风向下游形成的风力干扰范围角，判断出风力干扰范围角范围内的所有风力机组。
环节四，分析风力干扰距离：分析风力干扰范围角范围内未进行实时发电的目标风力机组，输出风力机组Sx与未进行实时发电的目标风力机组之间的距离信息。根据风速信息，分析风力由风力机组Sx到达未进行实时发电的目标风力机组所需的时间t。
环节五，下游风力机组角度自调整：控制系统获取未进行实时发电的目标风力机组叶片的角度位置信息，分析叶片旋转轴心线与风向之间的夹角角度θZ，计算未进行实时发电的目标风力机组叶片轴心线转动至与风向平行时所需的旋转角速度
作为本发明偏航控制方法的一种优选技术方案：各个风力机组所在位置处都独立配置有用于检测实时风向、风速信息的风速风向仪。
作为本发明偏航控制方法的一种优选技术方案：风向基于基准参考线L向风力下游所影响的角度区域为[θf-θP，θf+θP]。基于风力机组Sx为风向上游起点，在[θf-θP，θf+θP]范围内的其余未进行实时发电的风力机组为受干扰风力机组。
作为本发明偏航控制方法的一种优选技术方案：未进行实时发电的目标风力机组，同时存在于多个方向的风力干扰范围角影响范围内时，控制系统驱控风力机组叶片朝向风力最先到达的风力干扰范围角方位转动。
作为本发明偏航控制方法的一种优选技术方案：未进行实时发电的目标风力机组，同时存在于多个方向的风力干扰范围角影响范围内时，控制系统分析风力干扰概率ε，风力干扰概率ε与风速V正相关，风力干扰概率ε与角度偏差率η反相关，风力干扰概率ε与风力需要移动的距离LX反相关，即其中，角度偏差率/>风力需要移动的距离LX，指检测到风力信息位置处的风力机组到达目标风力机组位置之间的距离。
与现有的技术相比，本发明的有益效果是：
本发明先是通过构建对同一发电区域的各个风力机组间基准关系，并获取风力发电区域内的风力信息，通过构建以单个风力机组为基准的风力干扰区域，分析受到风力干扰区域影响的其他风力机组，并通过对相应风力机组进行自主偏航控制，从而实现正面“迎合”即将到达的风能，使得相应风力机组的能够与风能较大程度的进行状态契合，进一步提高了风力发电区众多风力机组对风能的“吸收”利用率。
附图说明
图1为本发明中各个风力机组之间的位置关系示意图。
图2为本发明中以风力机组S8为基准位置时所形成的风力干扰区域示意图。
图3为本发明中以风力机组S8为基准位置时所形成的风力干扰区域示意图。
图4为本发明中风力从风力机组S8吹向风力机组S1时所关联的动态参数逻辑示意图。
图5为本发明中偏航控制系统的逻辑示意图。
图6为本发明中同一风力发电区各个风力机组之间位置关系映射的逻辑示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一、本发明涉及一种风力发电机组区时域化策略的偏航控制方法，主要包括构建各个风力机组间基准关系、获取风力风向信息、构建风力干扰区域、分析风力干扰距离、下游风力机组角度自调整等环节，具体内容如下：
首先，构建各个风力机组间基准关系。各个风力机组所在位置处都独立配置有用于检测实时风向、风速信息的风速风向仪，风速风向仪将检测到的实时风速、风向传输至控制系统，控制系统根据风速、风向再进行后续分析、计算、驱控。另外，控制系统获取区域内所有风力机组所在的位置信息，设置任意一个方向线L为其中任意一个风力机组Sx的基准参考线，构建剩余各个风力机组与风力机组Sx之间的连线并分析连线线段的距离LS、连线与风力机组Sx基准参考线L之间的夹角角度θS。例如图1中，风力机组S8与其他几个风力机组相互形成对应的位置关系，风力机组S8的基准参考线为L，风力机组S8与风力机组S1之间的距离为L81，风力机组S8、风力机组S1之间连线与基准参考线为L之间的夹角为θS。
其次，控制系统需要获取风力风向信息。控制系统获取风力机组Sx所在位置的实时风力信息，包括风向信息、风速信息，设实时风向与风力机组Sx的基准参考线L之间的夹角角度为θf。例如图2中，风力机组S8位置处检测到风力信息，风速为V，风向与风力机组S8基准参考线L之间的夹角角度为θf。
然后，控制系统根据预设以及实时获取的信息构建风力干扰区域。控制系统预设风力干扰范围角θP，风向基于基准参考线L向风力下游所影响的角度区域为[θf-θP，θf+θP]，基于风力机组Sx为风向上游起点，在[θf-θP，θf+θP]范围内的其余未进行实时发电的风力机组为受干扰风力机组。风速越大，能够影响到下游更为“宽泛”的范围区域。设风速为V，存在f(θP)∝f(V)，也就是风速越大，气流快速吹向下游时，气流周围受到的影响越大，风力干扰范围角θP越大，基于上游风力机组位置点，能够影响到下游的打开角度越大。根据风力机组Sx所在位置的实时风向信息，分析风向下游形成的风力干扰范围角，判断出风力干扰范围角范围内的所有风力机组。例如图2中，风力机组S8位置处风速为V，风力干扰范围角为θP，在以风力机组S8为基准位置时，风力干扰范围内存在风力机组S1、风力机组S6。例如图3中，以风力机组S8为基准位置时，风向下游没有存在受到风力干扰的风力机组。
环节四，控制系统对风力干扰距离进行分析。分析风力干扰范围角范围内未进行实时发电的目标风力机组，输出风力机组Sx与未进行实时发电的目标风力机组之间的距离信息。根据风速信息，分析风力由风力机组Sx到达未进行实时发电的目标风力机组所需的时间t，风速为Vx，从上游风力机组到下游目标风力机组之间的距离为Lx，时间t＝Lx/Vx。结合图2、图4，风力机组S1未进行实时发电时，风力机组S1可能会受到风力机组S8位置处的风力干扰，风力机组S8与风力机组S1之间的距离为L81，风力机组S8位置处的风力从风力机组S8到达风力机组S1所需的时间t＝L81/V。
最后，控制系统驱控风力下游的风力机组角度自调整。控制系统获取未进行实时发电的目标风力机组叶片的角度位置信息，分析叶片旋转轴心线与风向之间的夹角角度θZ，计算未进行实时发电的目标风力机组叶片轴心线转动至与风向平行时所需的旋转角速度旋转的越快，需要的驱动电流越大，造成的电损或者所无用功越大，因此，在满足角度旋转状态、时长的情况下，采用最低的旋转速度，来降低调整叶片方位所需的电能。结合图4，假设风速为15m/s，风力机组S8与风力机组S1之间的距离为300m，留给风力机组S1完成偏航转向的时间就是20s，需要完成的转动角度为30°，因此，风力机组S1逆时针转动的角速度就是1.5°/s。
另外，未进行实时发电的目标风力机组，同时存在于多个方向的风力干扰范围角影响范围内时，控制系统可以根据相应策略来进行不同的系统驱控过程，本发明中提供两种常见的控制策略，具体如下：
策略一：控制系统驱控风力机组叶片朝向风力最先到达的风力干扰范围角方位转动，例如，目标风力机组M周围有其他多个风力机组都检测到风力，都朝向风力机组M吹来，风力机组M该怎么转动呢，这时候就看哪个方向的风力先到达风力机组M，风力机组M就转动朝向最先到达的风力方向。
策略二：控制系统分析风力干扰概率ε，风力干扰概率ε就是风力机组受到风力影响的可能性程度，风力干扰概率ε与风速V正相关，风力干扰概率ε与角度偏差率η反相关，风力干扰概率ε与风力需要移动的距离LX反相关，即其中，角度偏差率其实，当角度偏差率η>1时，目标风力机组就不再处于上游风力干扰范围内了。其中，风力需要移动的距离LX，指检测到风力信息位置处的风力机组到达目标风力机组位置之间的距离。
为了便于理解，结合图1、图6，可以看出，在控制系统中，每个风力机组都与其他风力机组之间形成相应的逻辑关系，如风力机组S1与风力机组S2至风力机组Sn之间都独立形成对应逻辑关系，以风力机组S1为基准位置，形成n-1个相互位置关系。
另外，结合图5，偏航控制系统实时获取风力机组S1～Sn的动态信息，并进行相应的策略分析，再进行策略控制反馈，形成高效调控整个风力发电区域各个风力机组偏航状态的控制系统。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种风力发电机组区时域化策略的偏航控制方法，其特征在于，包括以下环节内容：
环节一，构建各个风力机组间基准关系
控制系统获取区域内所有风力机组所在的位置信息，设置任意一个方向线L为其中任意一个风力机组Sx的基准参考线，构建剩余各个风力机组与风力机组Sx之间的连线并分析连线线段的距离LS、连线与风力机组Sx基准参考线L之间的夹角角度θS；
环节二，获取风力风向信息
控制系统获取风力机组Sx所在位置的实时风力信息，包括风向信息、风速信息，设实时风向与风力机组Sx的基准参考线L之间的夹角角度为θf；
环节三，构建风力干扰区域
控制系统预设风力干扰范围角θP，设风速为V，存在f(θP)∝f(V)；
根据风力机组Sx所在位置的实时风向信息，分析风向下游形成的风力干扰范围角，判断出风力干扰范围角范围内的所有风力机组；
其中，风向基于基准参考线L向风力下游所影响的角度区域为[θf-θP，θf+θP]；
基于风力机组Sx为风向上游起点，在[θf-θP，θf+θP]范围内的其余未进行实时发电的风力机组为受干扰风力机组；
环节四，分析风力干扰距离
分析风力干扰范围角范围内未进行实时发电的目标风力机组，输出风力机组Sx与未进行实时发电的目标风力机组之间的距离信息；
根据风速信息，分析风力由风力机组Sx到达未进行实时发电的目标风力机组所需的时间t；
环节五，下游风力机组角度自调整
控制系统获取未进行实时发电的目标风力机组叶片的角度位置信息，分析叶片旋转轴心线与风向之间的夹角角度θZ，计算未进行实时发电的目标风力机组叶片轴心线转动至与风向平行时所需的旋转角速度
未进行实时发电的目标风力机组，同时存在于多个方向的风力干扰范围角影响范围内时，控制系统驱控风力机组叶片朝向风力最先到达的风力干扰范围角方位转动
未进行实时发电的目标风力机组，同时存在于多个方向的风力干扰范围角影响范围内时，控制系统分析风力干扰概率ε，风力干扰概率ε与风速V正相关，风力干扰概率ε与角度偏差率η反相关，风力干扰概率ε与风力需要移动的距离LX反相关，即
其中，角度偏差率
其中，风力需要移动的距离LX，指检测到风力信息位置处的风力机组到达目标风力机组位置之间的距离。
2.根据权利要求1所述的一种风力发电机组区时域化策略的偏航控制方法，其特征在于：
各个风力机组所在位置处都独立配置有用于检测实时风向、风速信息的风速风向仪。
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