本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電機組偏航控制的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種風(fēng)力發(fā)電機組偏航自動矯正控制方法。

背景技術(shù)：

風(fēng)力發(fā)電機組在運行過程中，常常需要調(diào)度機艙進行偏航，使風(fēng)機正確對風(fēng)，以跟蹤最佳風(fēng)速來獲得更高的風(fēng)能轉(zhuǎn)化效率，從而得到優(yōu)質(zhì)的發(fā)電功率。而偏航的前提是準確獲知風(fēng)輪附近的風(fēng)向，這要求機艙上的風(fēng)向儀能夠正確工作。然而隨著機械部件的磨損或傳感部件的靈敏度衰減等原因，風(fēng)向儀硬件上無法保證傳回數(shù)據(jù)有足夠的準確度，此時寄望于通過軟件的適當(dāng)處理，使風(fēng)機獲取正確的偏航對風(fēng)角度偏移量。

當(dāng)前，已有一些文獻對偏航矯正提出改進的方法，如:金風(fēng)科技提出了一種通過分風(fēng)速段篩選出偏航角度實測值及對應(yīng)發(fā)電功率，并通過數(shù)據(jù)擬合獲取最終偏移量的方法[1]，文中只設(shè)計了結(jié)構(gòu)框架，未對具體的數(shù)據(jù)分析處理辦法做出描述。此外，金風(fēng)還提出了一種根據(jù)實測偏航角度以及從功率計算出的理論偏航角度求差值，進而推算出偏航誤差角的方法[2]，該方法僅以當(dāng)前檢測偏航角度為比較對象，而單一采樣數(shù)據(jù)可能存在一定的偶然性，如果能進一步考慮充足的樣本數(shù)，則能將偶然性降得更低。普華億能則提出了一種風(fēng)速風(fēng)向校準系統(tǒng)[3]，該系統(tǒng)需要標(biāo)準風(fēng)速計和風(fēng)向計，測試風(fēng)速計和風(fēng)向計共四個硬件儀器，通過測試組與標(biāo)準組的對比，判斷是否存在故障，該系統(tǒng)需要進行硬件上的擴充，在一定程度上增加風(fēng)機成本。

風(fēng)機組在實際運行的時候，會將偏航角度實測值和發(fā)電機功率等參數(shù)數(shù)據(jù)大量記錄下來，一般而言，這種原始的采樣點往往不會非常顯著而直觀地呈現(xiàn)出某種趨勢或規(guī)律，需要通過統(tǒng)計和分析加工之后才會顯現(xiàn)出來。我們在后期可以利用MATLAB等高級數(shù)據(jù)分析工具進行處理，得到我們想要的結(jié)果。而當(dāng)前風(fēng)機組控制器一般為PLC(可編程邏輯控制單元)，采用結(jié)構(gòu)化文本(ST語言)進行程序編寫，雖然已可提供相當(dāng)?shù)倪\算處理能力和算法實現(xiàn)的可能性，但仍然難以完成復(fù)雜度過高的算法，基于上述原因，以及控制程序本身的體量，希望將加入的擴展程序的運算量控制在一定程度以下。故針對現(xiàn)有硬件水平，我們設(shè)計了一種計算量小，結(jié)構(gòu)簡潔，但精確度較高的獲取偏移量數(shù)據(jù)分析處理方法，根據(jù)本方法完成偏航自動矯正處理。

參考文獻及專利：

[1]風(fēng)力發(fā)電機組對風(fēng)矯正控制方法、裝置和系統(tǒng)

[2]偏航誤差角獲得方法及偏航控制方法/裝置和風(fēng)力發(fā)電機組

[3]一種風(fēng)速風(fēng)向校準系統(tǒng)

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點和不足，提供一種風(fēng)力發(fā)電機組偏航自動矯正控制方法，該方法計算量小，并能夠獲取精確度較高的偏移量數(shù)據(jù)，可以很好地完成偏航自動矯正處理。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案為：一種風(fēng)力發(fā)電機組偏航自動矯正控制方法，包括以下步驟：

1)數(shù)據(jù)采集工作

設(shè)定數(shù)據(jù)篩選條件：根據(jù)機組運行狀態(tài)(限功率、正常并網(wǎng)、結(jié)冰等)，將機組運行情況進行初步篩選，獲取同一風(fēng)速附近的機組功率及對應(yīng)的風(fēng)機位置與風(fēng)向偏差角度值等有效數(shù)據(jù)，為防止冗余計算，先對往年的偏航動作發(fā)生風(fēng)速段進行統(tǒng)計，將“風(fēng)速”設(shè)定為偏航次數(shù)發(fā)生較多的風(fēng)速段；

規(guī)定數(shù)據(jù)采集時間：根據(jù)經(jīng)驗判斷設(shè)定具體的限定范圍，可統(tǒng)計一段時間內(nèi)偏航次數(shù)，計算出相鄰兩次偏航間隔時間，結(jié)合算法本身運算量，確定合適的采樣時間；或以獲取數(shù)據(jù)的量作為判準，當(dāng)統(tǒng)計存儲的數(shù)據(jù)量達到指定目標(biāo)時，完成數(shù)據(jù)采集；

2)數(shù)據(jù)分析處理工作

2.1)數(shù)據(jù)預(yù)處理：設(shè)定數(shù)據(jù)剔除條件，將不合理的大誤差點剔除，完成二次篩選；

2.2)將二次篩選后的數(shù)據(jù)視作平面上分布的點群，再對平面進行區(qū)域劃分；其中，先確定好平面的區(qū)域范圍，這里即指同一風(fēng)速附近下發(fā)電機功率上、下限p_max和p_min以及對應(yīng)偏航角度值的最大、最小值θ_max和θ_min；

2.3)當(dāng)p_max、p_min、θ_max和θ_min值確定后，在平面坐標(biāo)下劃出該風(fēng)速附近數(shù)據(jù)采樣點分布的范圍，并將數(shù)據(jù)分布的矩形平面按照指定步長分成多個網(wǎng)格，如下：

2.3.1)將偏航角度設(shè)定為每N度為一個間隔，即將橫坐標(biāo)[θ_min,θ_max]以N為步長進行等分，N為正數(shù)(可以根據(jù)精確度及計算量的需求，在控制器允許的精度范圍內(nèi)折中選取一個量值)，[θ_min+N·(i-1),θ_min+N·i]為第i列的坐標(biāo)范圍,其中θ_min+N·i≤θ_max,i＝1,2,3,…,n；

2.3.2)將發(fā)電機功率設(shè)定為每M千瓦為一個間隔，即將縱坐標(biāo)[p_min,p_max]以M為步長進行等分，M為正數(shù)(可以根據(jù)精確度及計算量的需求，在控制器允許的精度范圍內(nèi)折中選取一個量值)，[p_min+M·(j-1),p_min+M·j]為第j行的坐標(biāo)范圍,其中p_min+M·j≤p_max,j＝1,2,3,…,m；

2.4)根據(jù)步驟2.3)的劃分，得到每一個網(wǎng)格的坐標(biāo)范圍，而不同數(shù)據(jù)點分屬于各網(wǎng)格內(nèi)，易知計算精度與同一平面內(nèi)的網(wǎng)格數(shù)呈正相關(guān)關(guān)系，當(dāng)網(wǎng)格尺度越小，同一平面內(nèi)網(wǎng)格數(shù)越多，擬合出的結(jié)果精度越高，網(wǎng)格尺度即前述橫縱坐標(biāo)的步長，其網(wǎng)格尺度可根據(jù)精確度的要求自由調(diào)整；

2.5)根據(jù)每一個采樣點的坐標(biāo)，判斷其分屬于哪個網(wǎng)格之內(nèi)，統(tǒng)計出每一網(wǎng)格內(nèi)采樣點的數(shù)目k_ji；

2.6)接著統(tǒng)計出相同橫坐標(biāo)間隔內(nèi)，縱向所有網(wǎng)格，即一列網(wǎng)格內(nèi)所有采樣點的數(shù)目r_j；

2.7)將單個網(wǎng)格內(nèi)點的數(shù)目比上網(wǎng)格所在列的總采樣點數(shù)，即ω_ji＝k_ji/r_j，把該比值作為網(wǎng)格所占權(quán)重；

2.8)將網(wǎng)格的中心點，即矩形對角線的交點的坐標(biāo)(θ_min+N·i-0.5N,p_min+M·j-0.5M)作為網(wǎng)格的坐標(biāo)，對同一列的全體網(wǎng)格，將其中心點縱坐標(biāo)值乘以所占權(quán)重，相加結(jié)果作為該列的縱坐標(biāo)橫坐標(biāo)(θ_min+N·i-0.5N)作為該列中點坐標(biāo)，即對應(yīng)偏航角度值；

2.9)將計算結(jié)果c_i，即相應(yīng)發(fā)電機功率值的大小根據(jù)冒泡法排序，得到發(fā)電機功率最高的在前的一些點，對這些點的橫坐標(biāo)(θ_min+N·i-0.5N)進行求平均值處理，將最終的結(jié)果作為風(fēng)機偏航的偏移量；

2.10)將偏航對風(fēng)角度實測值減去此偏移量，作為后續(xù)偏航對風(fēng)角度值。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點與有益效果：

1、本發(fā)明充分考慮了風(fēng)力發(fā)電機組的控制器運算處理單元的計算能力和所帶編程語言的結(jié)構(gòu)特點，設(shè)計了一種精簡而易處理，運算量較小且具備足夠精度的數(shù)據(jù)處理分析方法。

2、本發(fā)明方法可內(nèi)置于主控程序中，隨風(fēng)機的運行而不斷收集數(shù)據(jù)，當(dāng)獲取一定量的采樣點后，經(jīng)預(yù)處理，將數(shù)據(jù)按行列分組，對分組后的數(shù)據(jù)求加權(quán)平均值，其處理過程僅涉及將數(shù)據(jù)分類存儲、加權(quán)運算以及排序處理，運算量小且易于實現(xiàn)。

3、根據(jù)統(tǒng)計學(xué)原理，樣本數(shù)據(jù)足夠大的時候，出現(xiàn)在某一區(qū)域數(shù)據(jù)點的數(shù)目與總數(shù)的比值可近似表征數(shù)據(jù)點落入該區(qū)域的概率，故通過將概率化為權(quán)值的處理辦法，可以在理論上保證其保有足夠的精確度。

附圖說明

圖1為風(fēng)機的功率與偏航角度的關(guān)系圖。

圖2為風(fēng)機的功率與偏航角度的數(shù)據(jù)點分布圖。

圖3為本發(fā)明方法的流程圖。

圖4a為算法擬合與Matlab函數(shù)擬合結(jié)果對比圖之一。

圖4b為算法擬合與Matlab函數(shù)擬合結(jié)果對比圖之二。

圖4c為算法擬合與Matlab函數(shù)擬合結(jié)果對比圖之三。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進一步的說明。

由風(fēng)力發(fā)電機組偏航基本原理可知，如圖1所示，同一風(fēng)速條件下，風(fēng)機正對風(fēng)的時候，對應(yīng)著發(fā)電機的功率峰值，所以在理想狀態(tài)，即風(fēng)向儀不存在誤差的時候，其功率峰值應(yīng)當(dāng)在零點或其附近的位置出現(xiàn)。當(dāng)一定時間內(nèi)，偏航角度-發(fā)電機功率關(guān)系統(tǒng)計結(jié)果顯示發(fā)電機功率峰值對應(yīng)偏航角度不為0時，說明風(fēng)向儀的測量結(jié)果產(chǎn)生了偏差，而在實際風(fēng)機組中獲取的數(shù)據(jù)結(jié)果是如圖2所示的大量零散的點，根據(jù)這些數(shù)據(jù)點進行統(tǒng)計分析以及進一步的處理，計算出此時的功率峰值對應(yīng)偏航角度的值，然后將此偏差量換算成偏航角度的偏移量，并在程序中進行修正，即可在軟件上完成風(fēng)向儀矯正處理，使得風(fēng)機能繼續(xù)正確偏航。在此基礎(chǔ)上，本實施例提供的風(fēng)力發(fā)電機組偏航自動矯正控制方法，如圖3所示，包括以下步驟：

1)數(shù)據(jù)采集工作

首先，需要設(shè)定好具體數(shù)據(jù)篩選條件：根據(jù)機組運行狀態(tài)(限功率、正常并網(wǎng)、結(jié)冰等)，將機組運行情況進行初步篩選，獲取同一風(fēng)速附近的機組功率及對應(yīng)的風(fēng)機位置與風(fēng)向偏差角度值等有效數(shù)據(jù)，為防止冗余計算，先對往年的偏航動作發(fā)生風(fēng)速段進行統(tǒng)計，將“風(fēng)速”設(shè)定為偏航次數(shù)發(fā)生較多的風(fēng)速段；然后規(guī)定具體的數(shù)據(jù)采集時間：根據(jù)經(jīng)驗判斷設(shè)定具體的限定范圍，可統(tǒng)計一段時間內(nèi)偏航次數(shù)，計算出相鄰兩次偏航間隔時間，結(jié)合算法本身運算量，確定合適的采樣時間；或以獲取數(shù)據(jù)的量作為判準，當(dāng)統(tǒng)計存儲的數(shù)據(jù)量達到指定目標(biāo)時，完成數(shù)據(jù)采集。

2)數(shù)據(jù)采集工作完畢以后，進行數(shù)據(jù)分析處理工作

2.1)數(shù)據(jù)預(yù)處理：設(shè)定數(shù)據(jù)剔除條件，將不合理的大誤差點剔除，以風(fēng)速為例，最小風(fēng)速為0m/s,最大風(fēng)速取風(fēng)場過去一年內(nèi)統(tǒng)計風(fēng)速最大值，范圍之外的數(shù)據(jù)屬于顯著誤差，予以剔除；完成二次篩選；

2.2)將二次篩選后的數(shù)據(jù)視作平面上分布的點群，再對平面進行區(qū)域劃分；其中，先確定好平面的區(qū)域范圍，這里即指同一風(fēng)速附近下發(fā)電機功率上、下限p_max和p_min以及對應(yīng)偏航角度值的最大、最小值θ_max和θ_min；

2.3)當(dāng)p_max、p_min、θ_max和θ_min值確定后，在平面坐標(biāo)下劃出該風(fēng)速附近數(shù)據(jù)采樣點分布的范圍，并將數(shù)據(jù)分布的矩形平面按照指定步長分成多個網(wǎng)格(如圖2所示)，如下：

2.3.1)將偏航角度設(shè)定為每2.5度為一個間隔，即將橫坐標(biāo)[θ_min,θ_max]以2.5為步長進行等分，[θ_min+2.5·(i-1),θ_min+2.5·i]為第i列的坐標(biāo)范圍,其中θ_min+2.5·i≤θ_max,i＝1,2,3,…,n；

2.3.2)將發(fā)電機功率設(shè)定為每50kW為一個間隔，即將縱坐標(biāo)[p_min,p_max]以50為步長進行等分，[p_min+50·(j-1),p_min+50·j]為第j行的坐標(biāo)范圍,其中p_min+50·j≤p_max,j＝1,2,3,…,m；

2.4)根據(jù)步驟2.3)的劃分，我們?nèi)菀椎玫矫恳粋€網(wǎng)格的坐標(biāo)范圍，而不同數(shù)據(jù)點分屬于各網(wǎng)格內(nèi)，易知計算精度與同一平面內(nèi)的網(wǎng)格數(shù)呈正相關(guān)關(guān)系，當(dāng)網(wǎng)格尺度越小，同一平面內(nèi)網(wǎng)格數(shù)越多，擬合出的結(jié)果精度越高，網(wǎng)格尺度即前述橫縱坐標(biāo)的步長，其網(wǎng)格尺度可根據(jù)精確度的要求自由調(diào)整；

2.5)根據(jù)每一個采樣點的坐標(biāo)，判斷其分屬于哪個網(wǎng)格之內(nèi)，統(tǒng)計出每一網(wǎng)格內(nèi)采樣點的數(shù)目k_ji；

2.6)接著統(tǒng)計出相同橫坐標(biāo)間隔內(nèi)，縱向所有網(wǎng)格，即一列網(wǎng)格內(nèi)所有采樣點的數(shù)目r_j；

2.7)將單個網(wǎng)格內(nèi)點的數(shù)目比上網(wǎng)格所在列的總采樣點數(shù)，即ω_ji＝k_ji/r_j，把該比值作為網(wǎng)格所占權(quán)重；

2.8)將網(wǎng)格的中心點(即矩形對角線的交點)坐標(biāo)(θ_min+2.5·i-1.25,p_min+50·j-25)作為網(wǎng)格的坐標(biāo)，對同一列的全體網(wǎng)格，將其中心點縱坐標(biāo)值乘以所占權(quán)重，相加結(jié)果作為該列的縱坐標(biāo)橫坐標(biāo)(θ_min+2.5·i-1.25)作為該列中點坐標(biāo)，即對應(yīng)偏航角度值；

2.9)將計算結(jié)果c_i，即相應(yīng)發(fā)電機功率值的大小根據(jù)冒泡法排序，得到發(fā)電機功率最高的前10％的點，對這些點的橫坐標(biāo)(θ_min+2.5·i-1.25)求平均值處理，將最終的結(jié)果作為風(fēng)機偏航的偏移量；

2.10)將偏航對風(fēng)角度實測值減去此偏移量，作為后續(xù)偏航對風(fēng)角度值。

綜上所述，本發(fā)明充分考慮了風(fēng)力發(fā)電機組的控制器運算處理單元的計算能力和所帶編程語言的結(jié)構(gòu)特點，設(shè)計了一種精簡而易處理，運算量較小且具備足夠精度的數(shù)據(jù)處理分析方法。本方法可內(nèi)置于主控程序中，隨風(fēng)機的運行而不斷收集數(shù)據(jù)，當(dāng)獲取一定量的采樣點后，經(jīng)預(yù)處理，將數(shù)據(jù)按行列分組，對分組后的數(shù)據(jù)求加權(quán)平均值，其處理過程僅涉及將數(shù)據(jù)分類存儲、加權(quán)運算以及排序處理，運算量小且易于實現(xiàn)；而根據(jù)統(tǒng)計學(xué)原理，樣本數(shù)據(jù)足夠大的時候，出現(xiàn)在某一區(qū)域數(shù)據(jù)點的數(shù)目與總數(shù)的比值可近似表征數(shù)據(jù)點落入該區(qū)域的概率，故通過將概率化為權(quán)值的處理辦法，可以在理論上保證其保有足夠的精確度，如圖4a至圖4c所示，經(jīng)MATLAB自帶函數(shù)大量擬合結(jié)果對比證明本方法具備相當(dāng)?shù)木龋档猛茝V。

以上所述實施例只為本發(fā)明之較佳實施例，并非以此限制本發(fā)明的實施范圍，故凡依本發(fā)明之形狀、原理所作的變化，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。