一種風力發(fā)電機組偏航控制方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種風力發(fā)電機組偏航控制方法及裝置，該方法包括：采用風況識別方法，判斷當前風向的類型為趨勢型風向還是波動型風向；若所述風向為波動型風向，在偏航停止時，采用欠偏航控制；若所述風向為趨勢型風向，判斷所述趨勢型風向是否為調(diào)頭風；若是，在偏航停止時，采用欠偏航控制；若否，在偏航停止時，采用過偏航控制。該方法將風向分成了波動型風向與趨勢型風向，且判斷趨勢型風向是否存為調(diào)頭風，并對于不同類型的風向采取不同的偏航停止控制方式，實現(xiàn)提高偏航對風精度，減少風力發(fā)電機組偏航次數(shù)，進而降低風力發(fā)電機組的故障發(fā)生概率，提高風力發(fā)電機組的發(fā)電量。
【專利說明】—種風力發(fā)電機組偏航控制方法及裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及風力發(fā)電的【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種風力發(fā)電機組偏航控制方法及
>J-U ρ?α裝直。

【背景技術(shù)】
[0002]目前大型風力發(fā)電機組的偏航控制通常根據(jù)風向傳感器傳回的風向信號對機組偏航進行控制，當風向改變，超過允許的誤差范圍時，控制器發(fā)出的自動偏航指令，偏航系統(tǒng)執(zhí)行誤差修正的動作，當風向與葉輪法線角度達到一定的誤差范圍內(nèi)時，偏航動作停止。
[0003]這種傳統(tǒng)的偏航控制方法沒有根據(jù)風向變化規(guī)律進行偏航調(diào)節(jié)，在某些風況下，會出現(xiàn)連續(xù)偏航的情況，此情況下偏航時間間隔較短，同時偏航次數(shù)較多，因此，在機組多年運行后，偏航系統(tǒng)會出現(xiàn)電氣、機械故障，給機組穩(wěn)定安全運行帶來影響，同時，一定程度影響機組的壽命。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種風力發(fā)電機組偏航控制方法及裝置，以實現(xiàn)提高偏航對風精度，減少風力發(fā)電機組偏航次數(shù)，進而降低風力發(fā)電機組的故障發(fā)生概率，提高風力發(fā)電機組的發(fā)電量。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種風力發(fā)電機組偏航控制方法，該方法包括:
[0006]采用風況識別方法，判斷當前風向的類型為趨勢型風向還是波動型風向；
[0007]若所述風向為波動型風向，在偏航停止時，采用欠偏航控制；
[0008]若所述風向為趨勢型風向，判斷所述趨勢型風向是否為調(diào)頭風；若是，在偏航停止時，采用欠偏航控制；若否，在偏航停止時，采用過偏航控制。
[0009]優(yōu)選的，所述風況識別方法包括斜率判斷方法。
[0010]優(yōu)選的，所述采用風況識別方法，對當前風向的類型進行判斷，包括:
[0011]依據(jù)當前風向的變化特征，選取擬合點數(shù)；
[0012]對所述擬合點數(shù)進行最小二乘直線擬合，獲取斜率；
[0013]利用所述斜率判斷所述風向的類型。
[0014]優(yōu)選的，所述利用所述斜率判斷所述風向的類型，包括:
[0015]將所述斜率與臨界斜率進行比較；
[0016]若所述斜率大于臨界斜率，則判斷所述風向為趨勢型風向；
[0017]若所述斜率小于臨界斜率，則判斷所述風向為波動型風向。
[0018]優(yōu)選的，所述若所述風向為趨勢型風向，判斷所述趨勢型風向是否為調(diào)頭風，包括:
[0019]若所述風向為趨勢型風向，依據(jù)當前時間之前的斜率變化規(guī)律判斷所述風向；
[0020]若所述斜率變化規(guī)律為連續(xù)增大或者連續(xù)減小，則判斷所述風向為調(diào)頭風。
[0021]本發(fā)明還提供一種風力發(fā)電機組偏航控制裝置，該裝置包括:
[0022]第一判斷模塊，用于采用風況識別方法，判斷當前風向的類型為趨勢型風向還是波動型風向；
[0023]第一控制模塊,用于若所述風向為波動型風向,在偏航停止時,米用欠偏航控制；
[0024]第二判斷模塊，用于若所述風向為趨勢型風向，判斷所述趨勢型風向是否為調(diào)頭風；
[0025]第二控制模塊，用于當所述趨勢型風向是調(diào)頭風時，在偏航停止時，采用欠偏航控制；當所述趨勢型風向不是調(diào)頭風時，在偏航停止時，采用過偏航控制。
[0026]優(yōu)選的，所述風況識別方法包括斜率判斷方法。
[0027]優(yōu)選的，所述第一判斷模塊包括:
[0028]選取單元，用于依據(jù)當前風向的變化特征，選取擬合點數(shù)；
[0029]擬合單元，用于對所述擬合點數(shù)進行最小二乘直線擬合，獲取斜率；
[0030]判斷單元，用于利用所述斜率判斷所述風向的類型。
[0031]本發(fā)明所提供的一種風力發(fā)電機組偏航控制方法及裝置，采用風況識別方法，判斷當前風向的類型為趨勢型風向還是波動型風向；若所述風向為波動型風向，在偏航停止時，采用欠偏航控制；若所述風向為趨勢型風向，判斷所述趨勢型風向是否為調(diào)頭風；若是，在偏航停止時，采用欠偏航控制；若否，在偏航停止時，采用過偏航控制。可見，將風向分成了波動型風向與趨勢型風向，且判斷趨勢型風向是否存為調(diào)頭風，并對于不同類型的風向采取不同的偏航停止控制方式，實現(xiàn)提高偏航對風精度，減少風力發(fā)電機組偏航次數(shù)，進而降低風力發(fā)電機組的故障發(fā)生概率，提高風力發(fā)電機組的發(fā)電量。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。
[0033]圖1為本發(fā)明實施例所提供的風力發(fā)電機組偏航控制方法的流程圖；
[0034]圖2為本發(fā)明中風力發(fā)電機組進行合理偏航后的效果對比圖；
[0035]圖3為本發(fā)明中風況識別的斜率判斷圖；
[0036]圖4為本發(fā)明中調(diào)頭風的斜率判斷圖；
[0037]圖5為本發(fā)明實施例所提供的風力發(fā)電機組偏航控制裝置的結(jié)構(gòu)圖。

【具體實施方式】
[0038]本發(fā)明的核心是提供一種風力發(fā)電機組偏航控制方法及裝置，以實現(xiàn)提高偏航對風精度，減少風力發(fā)電機組偏航次數(shù)，進而降低風力發(fā)電機組的故障發(fā)生概率，提高風力發(fā)電機組的發(fā)電量的目的。
[0039]為了使本【技術(shù)領(lǐng)域】的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0040]請參考圖1，圖1為本發(fā)明實施例所提供的風力發(fā)電機組偏航控制方法的流程圖，該方法包括:
[0041]步驟SlOl:采用風況識別方法；
[0042]其中，此風況識別方法為根據(jù)風向的特點，利用數(shù)學語言將風向劃分為趨勢型風向和波動型風向區(qū)分開來。
[0043]步驟S102:判斷當前風向的類型為趨勢型風向還是波動型風向；若為波動型風向，進入步驟S103 ;若為趨勢型風向，進入步驟S104 ；
[0044]步驟S103:在偏航停止時，采用欠偏航控制；
[0045]步驟S104:判斷所述趨勢型風向是否為調(diào)頭風；若是，進入步驟S105 ;若否，進入步驟S106 ；
[0046]步驟S105:在偏航停止時，采用欠偏航控制；
[0047]步驟S106:在偏航停止時，采用過偏航控制。
[0048]例如，請參考圖2，圖2為本發(fā)明中風力發(fā)電機組進行合理偏航后的效果對比圖。圖2中的橫坐標為時間軸，單位為秒，且所取風速風向數(shù)據(jù)時間間隔為ls，縱坐標為角度，即風向角度與機艙位置角度，單位為度。其中，Tl為風向處理后的平滑趨勢圖線，T2為傳統(tǒng)的風力發(fā)電機組偏航控制方法下機艙位置的變化曲線，T3為本發(fā)明的風力發(fā)電機組偏航控制方法下機艙位置的變化曲線，從圖中可見，基于本發(fā)明提供的風力發(fā)電機組偏航控制方法，分別對趨勢型風向、調(diào)頭風及波動型風向進行不同的偏航控制，進行了合理的過偏航與欠偏航處理，相對于傳統(tǒng)的風力發(fā)電機組偏航控制方法有較好的偏航效果。
[0049]其中，偏航次數(shù)平均減少比例達30.7%，本發(fā)明平均每天偏航次數(shù)為42.7次，平均每小時偏航為1.78次；連續(xù)偏航次數(shù)減少比例達69.05%，本發(fā)明平均每天發(fā)生連續(xù)偏航的次數(shù)為0.928次；偏航總時間幾乎與傳統(tǒng)偏航控制持平，占機組運行總時間的平均百分比為0.953% ;偏航效率提高了 0.33%，為97.95%，即是對風精度提高了。
[0050]本發(fā)明所提供的風力發(fā)電機組偏航控制方法，采用風況識別方法，判斷當前風向的類型為趨勢型風向還是波動型風向；若所述風向為波動型風向，在偏航停止時，采用欠偏航控制；若所述風向為趨勢型風向，判斷所述趨勢型風向是否為調(diào)頭風；若是，在偏航停止時，采用欠偏航控制；若否，在偏航停止時，采用過偏航控制。可見，該方法將風向分成了波動型風向與趨勢型風向，且判斷趨勢型風向是否存為調(diào)頭風，并對于不同類型的風向采取不同的偏航停止控制方式，實現(xiàn)提高偏航對風精度，減少風力發(fā)電機組偏航次數(shù)，進而降低風力發(fā)電機組的故障發(fā)生概率，提高風力發(fā)電機組的發(fā)電量。
[0051]基于上述實施例，優(yōu)選的，所述風況識別方法包括斜率判斷方法。
[0052]基于步驟SlOl及步驟S102:采用風況識別方法，判斷當前風向的類型為趨勢型風向還是波動型風向，此步驟優(yōu)選采用以下步驟實現(xiàn):
[0053]步驟S201:依據(jù)當前風向的變化特征，選取擬合點數(shù)；
[0054]步驟S202:對所述擬合點數(shù)進行最小二乘直線擬合，獲取斜率；
[0055]步驟S203:利用所述斜率判斷所述風向的類型。
[0056]基于步驟S203:利用所述斜率判斷所述風向的類型，步驟S203優(yōu)選采用以下步驟實現(xiàn):
[0057]步驟S301:將所述斜率與臨界斜率進行比較；
[0058]步驟S302:若所述斜率大于臨界斜率，則判斷所述風向為趨勢型風向；
[0059]步驟S303:若所述斜率小于臨界斜率，則判斷所述風向為波動型風向。
[0060]例如，請參考圖3，圖3為本發(fā)明中風況識別的斜率判斷圖，如圖3所示，圖中斜率Kl, K2，K3，K4，K5為每個程序周期內(nèi)對風向角度值Θ最小二乘擬合的斜率值，這只是斜率示意圖，不代表實際風向擬合結(jié)果，每次擬合取時間長度為T，在T內(nèi)取N組數(shù)據(jù)進行最小二乘直線擬合，得到斜率K，再與臨界斜率KO進行比較，若IKI >K0,則判斷為趨勢型風向，若
KI <Κ0,則判斷為波動型風向。
[0061]基于步驟S104中的:若所述風向為趨勢型風向，判斷所述趨勢型風向是否為調(diào)頭風，優(yōu)選采用以下步驟實現(xiàn):
[0062]步驟S401:若所述風向為趨勢型風向，依據(jù)當前時間之前的斜率變化規(guī)律判斷所述風向；
[0063]步驟S402:若所述斜率變化規(guī)律為連續(xù)增大或者連續(xù)減小，則判斷所述風向為調(diào)頭風。
[0064]例如,請參考圖4,圖4為本發(fā)明中調(diào)頭風斜率的判斷圖,如圖4所示,需進一步判斷是否為調(diào)頭風，I Ki I (i = 1、2、3-)>1(0，則對當前時刻前一定時間長度七(伏1')內(nèi)取η組數(shù)據(jù)進行最小二乘直線擬合，得到斜率為k，對當前時刻前m次斜率k1-m+1，k1-m+2…ki變化規(guī)律進行判斷，若存在連續(xù)增大或者連續(xù)減小的規(guī)律，則此刻風向為調(diào)頭風。
[0065]基于上述優(yōu)選，本發(fā)明所提供的風力發(fā)電機組偏航控制方法，依據(jù)當前風向的變化特征，選取擬合點數(shù)；對所述擬合點數(shù)進行最小二乘直線擬合，獲取斜率；所述斜率與臨界斜率進行比較；若所述斜率大于臨界斜率，則判斷所述風向為趨勢型風向；所述斜率小于臨界斜率，則判斷所述風向為波動型風向。
[0066]進一步的，若所述風向為波動型風向，在偏航停止時，采用欠偏航控制；若所述風向為趨勢型風向，判斷所述趨勢型風向是否為調(diào)頭風；若所述斜率變化規(guī)律為連續(xù)增大或者連續(xù)減小，則判斷所述風向為調(diào)頭風；若是調(diào)頭風，在偏航停止時，采用欠偏航控制；若不是，在偏航停止時，采用過偏航控制。可見，該方法將風向分成了波動型風向與趨勢型風向，且判斷趨勢型風向是否存為調(diào)頭風，并對于不同類型的風向采取不同的偏航停止控制方式，實現(xiàn)提高偏航對風精度，減少風力發(fā)電機組偏航次數(shù)，進而降低風力發(fā)電機組的故障發(fā)生概率，提高風力發(fā)電機組的發(fā)電量。
[0067]請參考圖5，圖5為本發(fā)明實施例所提供的風力發(fā)電機組偏航控制裝置的結(jié)構(gòu)圖，該裝置包括:
[0068]第一判斷模塊11，用于采用風況識別方法，判斷當前風向的類型為趨勢型風向還是波動型風向；
[0069]第一控制模塊12,用于若所述風向為波動型風向，在偏航停止時,米用欠偏航控制；
[0070]第二判斷模塊13，用于若所述風向為趨勢型風向，判斷所述趨勢型風向是否為調(diào)頭風；
[0071]第二控制模塊14，用于當所述趨勢型風向是調(diào)頭風時，在偏航停止時，采用欠偏航控制；當所述趨勢型風向不是調(diào)頭風時，在偏航停止時，采用過偏航控制。
[0072]優(yōu)選的，所述風況識別方法包括斜率判斷方法。
[0073]優(yōu)選的，所述第一判斷模塊11包括:
[0074]選取單元，用于依據(jù)當前風向的變化特征，選取擬合點數(shù)；
[0075]擬合單元，用于對所述擬合點數(shù)進行最小二乘直線擬合，獲取斜率；
[0076]判斷單元，用于利用所述斜率判斷所述風向的類型。
[0077]本發(fā)明所提供的一種風力發(fā)電機組偏航控制裝置，第一判斷模塊11采用風況識別方法，判斷當前風向的類型為趨勢型風向還是波動型風向，第一控制模塊12在所述風向為波動型風向時，在偏航停止時，采用欠偏航控制，第二判斷模塊13在所述風向為趨勢型風向時，判斷所述趨勢型風向是否為調(diào)頭風，第二控制模塊14在當所述趨勢型風向是調(diào)頭風時，在偏航停止時，采用欠偏航控制；且在當所述趨勢型風向不是調(diào)頭風時，在偏航停止時，采用過偏航控制。可見，該裝置將風向分成了波動型風向與趨勢型風向，且判斷趨勢型風向是否存為調(diào)頭風，并對于不同類型的風向采取不同的偏航停止控制方式，實現(xiàn)提高偏航對風精度，減少風力發(fā)電機組偏航次數(shù)，進而降低風力發(fā)電機組的故障發(fā)生概率，提高風力發(fā)電機組的發(fā)電量。
[0078]綜上所述，本發(fā)明所提供的一種風力發(fā)電機組偏航控制方法及裝置，采用風況識別方法，判斷當前風向的類型為趨勢型風向還是波動型風向；若所述風向為波動型風向，在偏航停止時，采用欠偏航控制；若所述風向為趨勢型風向，判斷所述趨勢型風向是否為調(diào)頭風；若是，在偏航停止時，采用欠偏航控制；若否，在偏航停止時，采用過偏航控制。可見，將風向分成了波動型風向與趨勢型風向，且判斷趨勢型風向是否存為調(diào)頭風，并對于不同類型的風向采取不同的偏航停止控制方式，實現(xiàn)提高偏航對風精度，減少風力發(fā)電機組偏航次數(shù)，進而降低風力發(fā)電機組的故障發(fā)生概率，提高風力發(fā)電機組的發(fā)電量。
[0079]以上對本發(fā)明所提供的一種風力發(fā)電機組偏航控制方法及裝置進行了詳細介紹。本文中應用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應當指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種風力發(fā)電機組偏航控制方法，其特征在于，包括: 采用風況識別方法，判斷當前風向的類型為趨勢型風向還是波動型風向； 若所述風向為波動型風向，在偏航停止時，采用欠偏航控制； 若所述風向為趨勢型風向，判斷所述趨勢型風向是否為調(diào)頭風；若是，在偏航停止時，采用欠偏航控制；若否，在偏航停止時，采用過偏航控制。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述風況識別方法包括斜率判斷方法。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述采用風況識別方法，對當前風向的類型進行判斷，包括: 依據(jù)當前風向的變化特征，選取擬合點數(shù)； 對所述擬合點數(shù)進行最小二乘直線擬合，獲取斜率； 利用所述斜率判斷所述風向的類型。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述利用所述斜率判斷所述風向的類型，包括: 將所述斜率與臨界斜率進行比較； 若所述斜率大于臨界斜率，則判斷所述風向為趨勢型風向； 若所述斜率小于臨界斜率，則判斷所述風向為波動型風向。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述若所述風向為趨勢型風向，判斷所述趨勢型風向是否為調(diào)頭風，包括: 若所述風向為趨勢型風向，依據(jù)當前時間之前的斜率變化規(guī)律判斷所述風向； 若所述斜率變化規(guī)律為連續(xù)增大或者連續(xù)減小，則判斷所述風向為調(diào)頭風。
6.一種風力發(fā)電機組偏航控制裝置，其特征在于，包括: 第一判斷模塊，用于采用風況識別方法，判斷當前風向的類型為趨勢型風向還是波動型風向； 第一控制模塊，用于若所述風向為波動型風向，在偏航停止時，采用欠偏航控制；第二判斷模塊，用于若所述風向為趨勢型風向，判斷所述趨勢型風向是否為調(diào)頭風；第二控制模塊，用于當所述趨勢型風向是調(diào)頭風時，在偏航停止時，采用欠偏航控制；當所述趨勢型風向不是調(diào)頭風時，在偏航停止時，采用過偏航控制。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述風況識別方法包括斜率判斷方法。
8.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述第一判斷模塊包括: 選取單元，用于依據(jù)當前風向的變化特征，選取擬合點數(shù)； 擬合單元，用于對所述擬合點數(shù)進行最小二乘直線擬合，獲取斜率； 判斷單元，用于利用所述斜率判斷所述風向的類型。
【文檔編號】F03D7/00GK104454348SQ201410815420
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月24日
【發(fā)明者】王世均, 陶友傳, 劉靜, 蘭涌森, 陶建權(quán), 杜煒, 李建科, 呂彬 申請人:中船重工(重慶)海裝風電設備有限公司