CN108798997B - 风力发电机组的控制方法、装置、控制器及*** - Google Patents

Abstract

本申请提供了风力发电机组的控制方法、装置、控制器及***。该方法包括：实时获取风电场内每个上游风力发电机组的当前风向，确定每个上游风力发电机组的当前风向所属的当前主风向。根据多个上游风力发电机组的主风向和在主风向的下游风力发电机组之间的关联关系，确定每个上游风力发电机组的当前主风向所关联的下游风力发电机组。根据当前主风向所关联的下游风力发电机组的工况状态和工况参数，确定针对当前主风向所关联的每个下游风力发电机组的控制指令。根据控制指令对当前主风向所关联的每个下游风力发电机组进行控制。实现根据一台风机对来风变化的感知信息，使邻近机组提前对来风变化做出偏航响应，提升其它风力发电机组对风偏航相应速度。

Description

风力发电机组的控制方法、装置、控制器及***

技术领域

本申请涉及风力发电技术领域，具体而言，本申请涉及一种风力发电机组的控制方法、装置、控制器及***。

背景技术

随着风力发电机组规模的逐渐扩大和机组安全保护的日趋完善，风力发电机组的发电量和发电效率，受到了越来越多的重视。

现有技术中，当风全场的风力发电机处于停机状态时，若风速开始变大，则每台风机单独进行对作用于自身的风速进行判断，若在连续的一段时间内，风速持续高于设定阈值后，开始对风偏航动作，并进入待机状态。

当全场的风力发电机组处于正常发电状态时，若风向产生较大变化，则每台风力发电机组单独进行对风判断，若持续一段时间的对风偏差高于设定阈值后，风力发电机组开始对风偏航动作，以继续发电状态。然而，这种情况下，风力发电机组对环境变化的响应比较慢，从风力发电机组单独进行对风判断，到开始对风偏航动作，往往需要较长时间，造成发电量损失。

当全场的风力发电机组处于正常发电状态时，若突然出现较强湍流风，则风力发电机组来不及迅速做出反应，只能当阵风来临时被动承受其带来的载荷，造成发电量损失。

总之，现有技术中，风力发电机组只能在切身感知到环境变化之后，指导自身单独进行对风判断，无法有效地预先判断出环境变化，并做出响应动作。因此当类湍流风时，现有的风力发电机组无法提前做出响应判断，只能被动承受风机载荷冲击，造成发电量损失。

发明内容

本申请提供了一种风力发电机组的控制方法、装置、控制器及***、控制***，可以解决现有的风力发电机组因无法有效地预先判断出环境变化，导致无法做出响应动作，只能被动承受风机载荷冲击，造成发电量损失的技术问题和缺陷。

本申请实施例提供的技术方案如下：

第一方面，提供了一种风力发电机组的控制方法，该方法包括：

实时获取风电场内每个上游风力发电机组的当前风向；

确定每个上游风力发电机组的当前风向所属的当前主风向；

根据预先获得的多个上游风力发电机组的主风向和在主风向的下游风力发电机组之间的关联关系，确定每个上游风力发电机组的当前主风向所关联的下游风力发电机组；

根据当前主风向所关联的下游风力发电机组的工况状态和工况参数，确定针对当前主风向所关联的每个下游风力发电机组的控制指令；

根据控制指令，对当前主风向所关联的每个下游风力发电机组进行控制。

第二方面，基于同一发明构思，提供了一种风力发电机组的控制装置，该装置包括：

当前风向确定模块，用于实时获取风电场内每个上游风力发电机组的当前风向；

主风向确定模块，用于确定每个上游风力发电机组的当前风向所属的当前主风向；

下游风力发电机组确定模块，用于根据预先获得的多个上游风力发电机组的主风向和在主风向的下游风力发电机组之间的关联关系，确定每个上游风力发电机组的当前主风向所关联的下游风力发电机组；

控制指令确定模块，根据当前主风向所关联的下游风力发电机组的工况状态和工况参数，确定针对当前主风向所关联的每个下游风力发电机组的控制指令。

第三方面，基于同一发明构思，提供了一种风力发电机组的控制器，该控制器用于与申请实施例根据第二方面提供的风力发电机组的控制装置通信连接，该控制器包括：

接收模块，用于接收控制装置发送的针对当前主风向所关联的每个下游风力发电机组的控制指令；

控制模块，用于根据控制指令，对每个当前主风向所关联的下游风力发电机组进行控制。

第四方面，基于同一发明构思，提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读介质存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现本申请实施例根据第一方面提供的风力发电机组的控制方法的步骤。

第五方面，基于同一发明构思，提供了一种风力发电机组的控制***，该控制***包括：上述任一风力发电机组的控制装置、以及上述任一风力发电机组的控制器；且上述的控制装置与控制器通信连接。

本申请实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本申请实施例，利用风力发电机组的控制器，通过控制算法感知上风向机组的风力风向，且根据当前主风向所关联的下游风力发电机组的工况状态和工况参数，确定针对当前主风向所关联的每个下游风力发电机组的控制指令。根据控制指令，对当前主风向所关联的每个下游风力发电机组提前控制下风向机组预偏航对风。本申请实施例成功实现了的上风向机组将感知到的阵风变化信号及时传递给下风向机组，使得下风向机组能够得以提前做出响应动作。避免风力发电机受到过大载荷，有效地减小了发电量损失，提高发电效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对本申请实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本申请涉及的硬件控制设备的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种风力发电机组的控制方法的主要流程示意图；

图3为本申请实施例提供的风力发电机组的控制***的功能模块架构图；

图4为确定多个上游风力发电机组的主风向和在主风向的下游风力发电机组之间的关联关系的主要流程示意图；

图5为本申请实施例提供的分组标记模块的主要流程实例图；

图6本申请实施例提供的数据分析模块的主要流程示意图；

图7为本申请实施例提供的数据分析模块的主要流程实例图。

图8为本申请实施例提供的一种风力发电机组的控制装置的结构示意图。

图9为本申请实施例提供的一种风力发电机组的控制器的结构示意图。

具体实施方式

风力发电机组的发电量和发电效率，是风力发电行业内十分受关注的技术指标。风力发电机组对风向变化情况的响应速度，直接影响着风力发电机组的发电量和发电效率。

本申请的发明人发现，现有的风力发电机组通常以自身传感器采集的风速和风向数据作为产生对风偏航动作的依据。而从数据采集到得出风向判断结果往往需要延迟很长时间。若来风方向与风力发电机组的停机偏航位置偏差较大，则需要数分钟才能完成偏航对风动作。可见，从获得风向判断结果，到依据判断结果完成偏航对风动作，两相累计需要延迟更长的时间段才能开始启机。

发明人基于长期一线工作经验的积累，突破传统的风力发电机的对风偏航控制方法和思路，考虑到若是能够将一台风机对环境变化的感知信息传递到邻近机组，使得邻近机组能够基于这些感知信息提前对风向变化做出响应，则会大大提升其它风力发电机组的对风偏航响应速度，缩短了从获得风向判断结果，到依据判断结果完成偏航对风动作的响应时间，提高发电效率。

基于上述构思，本申请的发明人做出创造性设计，提供了一种风力发电机组的控制方法、装置、控制器及***。本申请的发明人希望通过本申请，达到“利用同一风场的上游风力发电机组的风速、风向等信息，在风向变化还未波及到下游风力发电机组的时候，提前确定下游风力发电机组的起风状态，以进行对下游风力发电机组进行对风偏航的控制。”的技术目的。

接下来从实体硬件角度介绍能够解决上述技术问题、实现上述技术目的本申请涉及到的设备及装置。

图1为本申请涉及的硬件控制设备的结构示意图。

如图1所示，本申请提供了一种风力发电机组的控制***10，该控制***10包括：中央控制器101和主控器102。主控器102的内部集成设置有风力发电机组的控制器1021。中央控制器101的内部集成设置有风力发电机组的控制装置1011，且该控制装置1011与控制器1021通信连接。

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本申请的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。

首先对本申请涉及的几个名词进行介绍和解释：

上风向和下风向：将风先吹到的地块称为位于上风向位置，风后吹到的地块称之为位于下风向位置，也可以理解为风吹来的方向是上风向。自然界中的风通常是由上风向吹向下风向的。

上游风力发电机组：位于上风向的风力发电机组。

下游风力发电机组：位于下风向的风力发电机组。

图2为本申请实施例提供的一种风力发电机组的控制方法的主要流程示意图。

如图2所示，本申请提供的一种风力发电机组的控制方法，主要包括以下步骤：

S201，实时获取风电场内每个上游风力发电机组的当前风向。

S202，确定每个上游风力发电机组的当前风向所属的当前主风向。

可选地，根据关联关系，确定每个上游风力发电机组的当前风向是否属于该上游风力发电机组的主风向之一；当确定该上游风力发电机组的当前风向属于该上游风力发电机组的主风向之一时，确定当前风向所属的主风向，作为当前主风向；当确定结果为否时，继续根据关联关系，确定每个上游风力发电机组的当前风向是否属于该上游风力发电机组的主风向之一。

S203，根据预先获得的多个上游风力发电机组的主风向和在主风向的下游风力发电机组之间的关联关系，确定每个上游风力发电机组的当前主风向所关联的下游风力发电机组。

S204，根据当前主风向所关联的下游风力发电机组的工况状态和工况参数，确定针对当前主风向所关联的每个下游风力发电机组的控制指令。

可选地，确定上游风力发电机组的当前主风向所关联的每个下游风力发电机组是否处于停机状态或待机状态；

当每个下游风力发电机组处于停机状态或待机状态时，根据当前主风向所属的上游风力发电机组的当前风向、以及当前主风向所关联的每个下游风力发电机组的偏航位置，确定当前主风向所关联的每个下游风力发电机组的第一偏航偏差值；

根据第一偏航偏差值，生成针对当前主风向所关联的每个下游风力发电机组的偏航控制命令。

可选地，确定上游风力发电机组的当前主风向所关联的每个下游风力发电机组是否处于并网发电状态；

当每个下游风力发电机组处于并网发电状态时，响应于当前主风向所属的上游风力发电机组在第一指定时段内的平均风向的变化角度大于第一阈值，确定当前主风向所关联的每个下游风力发电机组的第二偏航偏差值；

根据第二偏航偏差值，生成针对当前主风向所关联的每个下游风力发电机组的偏航控制命令。

可选地，确定上游风力发电机组的当前主风向所关联的每个下游风力发电机组是否处于并网发电状态；

当每个下游风力发电机组处于并网发电状态时，确定当前主风向所属的上游风力发电机组在第二指定时段内的平均风速的变化量是否大于第二阈值；

当平均风速的变化量大于第二阈值时，确定当前主风向所属的上游风力发电机组所关联的每个下游风力发电机组的桨距角是否在指定范围内；

当桨距角在指定范围内时，确定当前主风向所关联的每个下游风力发电机组的最小桨距角；

根据最小桨距角，生成针对当前主风向所关联的每个下游风力发电机组的变桨控制命令。

S205，根据控制指令，对当前主风向所关联的每个下游风力发电机组进行控制。

上述是本申请实施例提供的一种风力发电机组的控制方法的主要流程，当上游风力发电机组开始发电后，中央控制器101可以依据上游风力发电机组感知到的风向和风速信息，提前告知下游机组按照控制指令做出偏航动作，提高了发电效率。

事实上，本申请实施例提供的一种风力发电机组的控制方法，还包括：

确定每个上游风力发电机组的当前工况状态是否属于并网状态；

当确定结果为是时，根据当前主风向所关联的下游风力发电机组的工况状态和工况参数，确定针对当前主风向所关联的每个下游风力发电机组的控制指令。

图3为本申请实施例提供的风力发电机组的控制***的功能模块架构图。

本申请实施例提供的风力发电机组的控制***包括数据采集模块、数据分析模块、命令推送模块、计时器模块、数据存储模块、分组标记模块。执行该功能模块架构的程序一旦启动，允许该架构处于长期工作状态。

数据采集模块，用于实时采集全场风力发电机组的时间戳、风速、绝对风向、偏航位置、风向角、风机状态、叶轮转速、桨距角信号，采样频率为指定的频率，例如采样频率为1Hz。需要说明的是，各台风机采集到的时间戳需要保持一致，如统一以中央控制器的时间为准。

数据分析模块，实时读取上述数据采集模块采集到的当前数据，加以算法处理，目的在于判断上游风力发电机组的当前风向是否属于该上游风力发电机组的主风向之一，且分析同属于当前主风向、与上游风力发电机组所关联的下游风力发电机组的工况状态，分析下游风力发电机组的工况状态是否属于以下三种工况状态之一——小风启机、风向突变、阵风扰流。结合分组标记模块计算出的机组间关联关系结果，给出与上游风力发电机组所关联的下游风力发电机组的控制指令。

数据存储模块：满足大量数据的快速读写性能，可以包含以下任一形式或其组合：实时数据库、关系型数据库、文件数据库等形式。该数据存储模块用于存储由上述存储数据采集模块采集到的信号，还用于存储全风场的风力发电机组的主风向信息和上游风力发电机组的信息、存储下游风力发电机组的信息。

分组标记模块：主要用于从上述数据存储模块中读取一定时间周期的数据，并将读取的数据进行计算处理。风力发电机组的分组标记模块所担负的读取计算功能可以不一直处于运行状态，每间隔一定周期运行一次即可。

计时器模块：用于定时调用分组标记模块。例如，调用周期可以是不少于1天且不大与30天的一个定值。

命令推送模块：用于通过采用通用协议，实现中央控制器(也称风电场控制器)与全场风力发电机组之间的快速通讯，将控制指令下发到当前主风向所关联的每个下游风力发电机组。本申请实施例提供的控制器，根据得到的控制指令，对当前主风向所关联的每个下游风力发电机组进行控制。

上述本申请实施例提供的风力发电机组的控制***的功能模块架构，主要借助中央控制器(也称风电场控制器)实现对所采集到的风力发电机组的时间戳、风速、绝对风向、偏航位置、风向角、风机状态、叶轮转速、桨距角等信号的分析计算和风力发电机组之间的数据交互，依托中央控制器中的控制软件实现逻辑计算和信号处理功能。

本申请上述提到了根据预先获得的多个上游风力发电机组的主风向和在主风向的下游风力发电机组之间的关联关系，确定每个上游风力发电机组的当前主风向所关联的下游风力发电机组。

可选地，本申请实施例中，多个上游风力发电机组的主风向和在主风向的下游风力发电机组之间的关联关系，可以由多种方法多种途径获得。例如，可以人工确定，可以委托第三方确定等等。

图4为确定多个上游风力发电机组的主风向和在主风向的下游风力发电机组之间的关联关系的主要流程示意图。

可选地，下面结合图4，介绍多个上游风力发电机组的主风向和在主风向的下游风力发电机组之间的关联关系的一种确定方法，该方法包括以下步骤：

S401，获取风电场内每个上游风力发电机组的第一取样时段内的风速、绝对风向和时间戳，确定的每个上游风力发电机组的绝对风向在第二取样时段内的风速平均值、风速最大值和风速最小值。

具体地，第一取样时段包括多个第二取样时段。例如，设定第一取样时段为3个月，设定第二取样时段为10分钟(即10min时间段)。

S402，为每个上游风力发电机组划分出多个具有指定夹角的扇区，上游风力发电机组确定每个上游风力发电机组的每个扇区在第一取样时段内的风频，将风频最大的设定个数的扇区作为该上游风力发电机组的主风向。

可选地，对于每个上游风力发电机组的每个扇区，确定在第一取样时段的时间范围内，绝对风向在第二取样时间段内的平均风速在该扇区出现的概率，将该概率作为风频。例如计算近3个月内的风频，计算绝对风向在10min内的平均风速。

S403，对于每个上游风力发电机组的每个主风向，确定该上游风力发电机组在第一取样时段内的累计启机次数和每次启机时刻。可选地，设定第一取样时段为3个月。

S404，对于风电场中除了上游风力发电机组之外的每个其它风力发电机组，确定该其它风力发电机组在第一取样时间内的累计启机次数与一个上游风力发电机组的累计启机次数之间的比例是否达到比例阈值，且该其它风力发电机组是否在以该上游风力发电机组的启机时刻为起始时刻的设定时段内启机；若都为是，则确定该其它风力发电机组为该上游风力发电机组在该主风向的下游风力发电机组。若否，返回S401。

可选地，设定上游风力发电机组的累计启机次数为N，设定该比例阈值为0.8。

S405，建立每个上游风力发电机组、该上游风力发电机组的每个主风向和在该主风向的下游风力发电机组之间的关联关系。

基于上述介绍的多个上游风力发电机组的主风向和在主风向的下游风力发电机组之间的关联关系的一种确定方法，这种关联关系的更新频率或者是内部参数更新频率(即该确定方法的执行频率)，包括：只建立一次，不再更新参数；一年一次更新一次、一个季度更新一次、一个月更新一次、十几天更新一次、或几天更新一次等。

可选地，上述多个上游风力发电机组的主风向和在主风向的下游风力发电机组之间的关联关系的另一个确定方法，包括通过人机交互界面的方式预先获得。

具体地，通过人机交互界面，接收每个上游风力发电机组、该上游风力发电机组的每个主风向和在该主风向的下游风力发电机组之间的关联关系。

上述的上游风力发电机组的主风向和在主风向的下游风力发电机组之间的关联关系，主要是基于利用到分组标记模块计算处理得出的风力发电机组间的关联关系结果。

图5为本申请实施例提供的分组标记模块的主要流程实例图。下面结合图5，以最近3个月的样本数据为例，对分组标记模块主要执行的计算处理流程通过实例做以介绍。

S501，分组标记模块从数据存储模块读取最近3个月的风速、绝对风向、风机状态、时间戳，计算10min时间段内的风速和/或风向的平均值、最大值、最小值。

S502，设定上游风力发电机组标记为a，遍历每台上游风力发电机组a：以22.5°为一个扇区，计算近3个月内风频，即绝对风向10min平均值在每个扇区出现的概率，概率最大的1个扇区为主风向，或者概率为最大和第二大的2个扇区为主风向。

S503，遍历每台上游风力发电机组a的每个主风向，寻找机组3个月内的启机过程：当机组发生一次启机后，记录该时刻。累加其启机次数为N。

S504，遍历其他机组：若该机组a启机次数为N，而某台机组b超过N*0.8次在a启机30min内启机，则记录机组b为该风机a在该主风向的下游机组。

S505，分组标记模块输出结果并将该结果写入数据存储模块，内容包括每台上游风力发电机组在其主风向上的下游风力发电机组的风机号、主风向号、下游机组编号序列。

此处说明一下图5中的用扇区表示风向的由来。

风向通常指风的来向。风向表示方法有：度数表示法和方位表示法。度数表示法是最直接的风向表示方法，用0～360°度数表示风的来向，这种表示方法通俗简单。为了更加直观的表示风的来向，采用方位表示，就是把0～360°的风向离散化，把不同风向值划分到相应的扇区，通常设16扇区，每隔22.5度为一个扇区，如348.75～360°和0～11.25°区间的风向为北风，以N表示，11.25～33.75°区间的风向为北东北风，33.75～56.25°区间的风向为东北风。因此图5中出现了“以22.5°为一个扇区，计算近3个月内风频”的示例。

上述介绍了数据分析模块主要用于实时读取数据采集模块采集到的当前数据，加以算法处理以识别当前是否属于主风向且属于以下三种工况——小风启机、风向突变、阵风扰流，结合分组标记模块给出的机组间关联关系结果，输出对风偏航的控制指令。

图6为本申请实施例提供的数据分析模块的主要流程示意图。下面结合图6，详细介绍本申请实施例提供的数据分析模块从数据存储模块中调取数据后的主要处理步骤。

S601，实时获取风电场内每个上游风力发电机组的当前风向。

S602，根据预先获得的多个上游风力发电机组的主风向和在主风向的下游风力发电机组之间的关联关系，确定每个上游风力发电机组的当前风向是否属于该上游风力发电机组的主风向之一；当确定结果为是时，执行S603；当确定结果为否时，继续执行S602。

可选地，根据预先获得的多个上游风力发电机组的主风向和在主风向的下游风力发电机组之间的关联关系，确定每个上游风力发电机组的当前风向是否属于该上游风力发电机组的主风向之一；当确定每个上游风力发电机组的当前风向属于该上游风力发电机组的主风向之一时，执行S603；当确定每个上游风力发电机组的当前风向不属于该上游风力发电机组的主风向之一时，继续执行S602。

S603，确定当前风向所属的主风向，作为当前主风向。

S604，根据预先获得的多个上游风力发电机组的主风向和在主风向的下游风力发电机组之间的关联关系，确定每个上游风力发电机组的当前主风向所关联的下游风力发电机组。

S605，确定每个上游风力发电机组的当前工况状态是否属于并网状态；若是，执行S606；否则，执行S602。

S606，确定上游风力发电机组的当前主风向所关联的每个下游风力发电机组是否处于停机状态或待机状态；当每个下游风力发电机组处于停机状态或待机状态时，执行S607；否则，执行S609。

S607，根据当前主风向所属的上游风力发电机组的当前风向、以及当前主风向所关联的每个下游风力发电机组的偏航位置，确定当前主风向所关联的每个下游风力发电机组的第一偏航偏差值。

可选地，将当前主风向所属的上游风力发电机组的当前风向，减去当前主风向所关联的每个下游风力发电机组的偏航位置，得到当前主风向所关联的每个下游风力发电机组的第一偏航偏差值。

S608，根据第一偏航偏差值，生成针对当前主风向所关联的每个下游风力发电机组的偏航控制命令。

可选地，为当前主风向所关联的每个下游风力发电机组，生成偏航控制命令；将当前主风向所关联的一个下游风力发电机组的标识信息携带于偏航控制命令中，将偏航控制命令中的偏航变量和机组状态变量分别对应设置为第一偏航偏差值和进入待机状态。

S609，确定每个上游风力发电机组的当前工况状态是否属于并网状态。当每个上游风力发电机组的当前工况状态属于并网状态，执行S610和S612。

S610，响应于当前主风向所属的上游风力发电机组在第一指定时段内的平均风向的变化角度大于第一阈值，确定当前主风向所关联的每个下游风力发电机组的第二偏航偏差值。

具体地，将当前主风向所属的上游风力发电机组在当前第一指定时段内的平均绝对风向，减去该上游风力发电机组在上一个第一指定时段内的平均绝对风向，得到当前主风向所关联的每个下游风力发电机组的第二偏航偏差值。

S611，根据第二偏航偏差值，生成针对当前主风向所关联的每个下游风力发电机组的偏航控制命令。

可选地，为当前主风向所关联的每个下游风力发电机组，生成偏航控制命令；将当前主风向所关联的一个下游风力发电机组的标识信息携带于偏航控制命令中，将偏航控制命令中的偏航变量设置为第二偏航偏差值。

S612，确定当前主风向所属的上游风力发电机组在第二指定时段内的平均风速的变化量是否大于第二阈值；当平均风速的变化量大于第二阈值时，执行S613；否则，不做操作。

可选地，将当前主风向所属的上游风力发电机组在当前第二指定时段内的平均风速，减去该上游风力发电机组在上一个第二指定时段内的平均风速，得到第二指定时段内的平均风速的变化量；进而确定该平均风速的变化量是否大于第二阈值。

S613，确定当前主风向所属的上游风力发电机组所关联的每个下游风力发电机组的桨距角是否在指定范围内；当桨距角在指定范围内时，执行S614；否则，不做操作。

S614，确定当前主风向所关联的每个下游风力发电机组的最小桨距角。

S615，根据最小桨距角，生成针对当前主风向所关联的每个下游风力发电机组的变桨控制命令。

可选地，为当前主风向所关联的每个下游风力发电机组，生成变桨控制命令。将当前主风向所关联的一个下游风力发电机组的标识信息携带于变桨控制命令中，将该变桨控制命令中的桨距角变量设置为最小桨距角。

需要说明的是，为了便于风力发电机接收命令并执行，上述任一个可能的实施方式中，所生成的针对当前主风向所关联的每个下游风力发电机组的变桨控制命令皆具有固定的格式。变桨控制命令至少包含风机编号、修改目标变量名称、目标修改值，允许存在多个修改目标变量。若机组不处于上述介绍到的目标工况，则不输出命令。

图7为本申请实施例提供的数据分析模块的主要流程实例图。如图7所示，包括下述主要步骤：

S701，数据分析模块从数据存储模块中的内存区获取各台风力发电机组当前1分钟的风速、绝对风向数据。

S702，遍历各台机组：从数据存储单元获取该风力发电机组的主风向序列。

S703，判断某一台风力发电机组A的当前1分钟的平均风向是否属于主风向之一，若判断出该风力发电组A的当前1分钟的平均风向属于主风向时，则执行S704，否则，执行S702。

S704，判断该风力发电机组A的当前1分钟是否属于并网状态；若是执行S705；否则执行S702。可选地，当判断出该风力发电机组A的当前1分钟属于并网状态时，执行S705。

S705，遍历该风力发电机组A的下游风力发电机组B是否处于停机或待机状态；若是，则执行S706，否则执行S708。

可选地，通过流程算法遍历该风力发电机组A的下游风力发电机组B是否处于停机或待机状态。

若遍历结果反映出该风力发电机组A的下游风力发电机B是处于停机或待机状态，则执行S706，否则执行S708。

S706，由风力发电机组A的表征绝对风向的值减去表征下游风机B当前绝对偏航位置的值，获得偏航偏差值(此处的偏航偏差值相当于第一偏航偏差值)。在生成的具有固定的格式的变桨控制命令中，偏航差值以“数值1：dev_a”表示。

此时在输出主风向所关联的一个下游风力发电机组的变桨控制命令，并将下游风力发电机组的标识信息携带于变桨控制命令中。

S707，下游风力发电机组的标识信息包括：小风启机，输出命令：风机号：B，变量1：偏航，数值1：dev_a，变量2：风机状态，数值2：进入待机。表明此时的下游风力发电机组的工况状态为小风启机，将进入待机状态。

S708，判断下游风机B是否处于并网发电状态。若判断出下游风机B是处于并网发电状态，则执行S709和S710；否则，不作操作。

可选地，若遍历结果反映出上游风力发电机组A的下游风力发电机B未处于并网发电状态，则不做操作。

S709，判断上游风力发电机组A最近1min的风向是否与上个1min相比变化大于20度。若判断出上游风力发电机组A最近1min的风向是与上个1min相比变化大于20度，则执行S711，否则，不做操作。

S711，风力发电机组A近1min平均绝对风向减去上个1min平均绝对风向，获得偏航偏差值(此处的偏航偏差值相当于第二偏航偏差值)，该偏航偏差值以“dev_b”表示。

输出主风向所关联的一个下游风力发电机组的变桨控制命令，并将下游风力发电机组的标识信息携带于变桨控制命令中。

S712，下游风力发电机组的标识信息包括：风向突变，输出命令：风机号：B，变量1：偏航动作，数值1：dev_b。表明此时的下游风力发电机组的工况状态为风向突变，将执行偏航动作。

S710，判断上游风力发电机组A最近10s风速是否与上个10s相比增大5m/s。若是，执行S713，否则，不做操作。

S713，判断下游风机B桨距角是否为0度±2度。若判断出下游风力发电机B的桨距角是0度±2度，则执行S714，否则不做操作。

若已确定出当前主风向所关联的每个下游风力发电机组的最小桨距角。根据最小桨距角，生成针对当前主风向所关联的每个下游风力发电机组的变桨控制命令。

此时输出主风向所关联的一个下游风力发电机组的变桨控制命令，并将下游风力发电机组的标识信息携带于变桨控制命令中。

S714，下游风力发电机组的标识信息包括：阵风湍流，输出命令：风机号：B，变量1：最小桨距角，数值1：3度。表明此时的下游风力发电机组的工况状态为阵风湍流，将执行偏航动作。

基于同一发明构思，本申请实施例还提供一种风力发电机组的控制装置。

结合图8可知，该控制装置1011包括前风向确定模块10111、主风向确定模块10112、下游风力发电机组确定模块10113和控制指令确定模块10114。

当前风向确定模块10111用于实时获取风电场内每个上游风力发电机组的当前风向。

主风向确定模块10112用于确定当前风向确定模块10111实时获取的每个上游风力发电机组的当前风向所属的当前主风向。

下游风力发电机组确定模块10113用于根据预先获得的多个上游风力发电机组的主风向和在主风向的下游风力发电机组之间的关联关系，确定每个上游风力发电机组的当前主风向所关联的下游风力发电机组。具体地，下游风力发电机组确定模块10113具体用于对于主风向确定模块10112所确定的每个上游风力发电机组的当前主风向，根据预先获得的多个上游风力发电机组的主风向和在主风向的下游风力发电机组之间的关联关系，确定该当前主风向所关联的下游风力发电机组。

控制指令确定模块10114，用于根据当前主风向所关联的下游风力发电机组的工况状态和工况参数，确定针对当前主风向所关联的每个下游风力发电机组的控制指令。具体地，控制指令确定模块10114具体用于对于下游风力发电机组确定模块10113确定的当前主风向所关联的下游风力发电机组，根据所关联的下游风力发电机组的工况状态和工况参数，确定针对当前主风向所关联的每个下游风力发电机组的控制指令。

可选地，本申请实施例中，控制装置1011集成设置在风电场的中央控制器中。

图9为本申请实施例提供的一种风力发电机组的控制器的结构示意图。结合图9，介绍本申请的发明人基于同一发明构思，提供的一种风力发电机组的控制器1021，该控制器1021用于与上述的风力发电机组的控制装置1011通信连接。该控制器1021包括：接收模块10211和控制模块10212。

接收模块10211用于接收控制装置发送的针对当前主风向所关联的每个下游风力发电机组的控制指令。

控制模块10212用于根据接收模块10211接收的控制指令，对每个当前主风向所关联的下游风力发电机组进行控制。

可选地，控制器1021集成设置在风力发电机组的主控器102中。

基于同一发明构思，本申请还提供一种计算机可读的存储介质，该存储介质用于存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现本申请实施例上述提供的风力发电机组的控制方法的步骤。

基于同一发明构思，本申请还提供一种风力发电机组的控制***，该控制***包括：上述的与控制器通信连接的风力发电机组的控制装置、以及上述的风力发电机组的控制器。

本申请实施例具有如下有益技术效果：

本申请实施例利用中央控制器，在小风启机时，通过控制算法感知上游风力发电机组的风力风向，提前控制下游风力发电机组预偏航对风，获得了起风过程风力发电机组能够实现快速启动的良好技术效果。

本申请不仅达到了“利用同一风场的上游风力发电机组的风速、风向等信息，在风向变化还未波及到下游风力发电机组的时候，提前确定下游风力发电机组的起风状态，以进行对下游风力发电机组进行对风偏航的控制。”的技术目的，而且获得了提高发电效率的良好技术效果。

本申请实施例实现了对风速风向的预测，提前对风小风启机。应用本申请实施例，能够在上游风力发电机组开始发电后，提前告知下游机组做出偏航动作。例如，假若风力发电机组以自身传感器采集的风速风向数据作为对风依据，往往需要延迟20分钟左右的时间才能判断风向。若来风方向与风力发电机组停机偏航位置偏差较大，需要数分钟才能完成偏航对风动作，则累计需要延迟约30分钟后才能开始启机。以矩阵型风场风机间隔600米、上游风力发电机组感测到起风时风速5m/s为例，中央控制器可控制下游风力发电机组在风到来前完成偏航动作，使风力发电机组增加30分钟发电时间，显著提高了风力发电机组的发电量和发电效率。

应该理解的是，虽然附图的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，其可以以其他的顺序执行。而且，附图的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (16)

1.一种风力发电机组的控制方法，其特征在于，包括：

实时获取风电场内每个上游风力发电机组的当前风向；

确定每个所述上游风力发电机组的当前风向所属的当前主风向；

根据预先获得的多个上游风力发电机组的主风向和在主风向的下游风力发电机组之间的关联关系，确定每个所述上游风力发电机组的当前主风向所关联的下游风力发电机组；

根据所述当前主风向所关联的下游风力发电机组的工况状态和工况参数，确定针对所述当前主风向所关联的每个下游风力发电机组的控制指令，包括：确定所述上游风力发电机组的当前主风向所关联的每个下游风力发电机组是否处于停机状态或待机状态；当每个所述下游风力发电机组处于停机状态或待机状态时，根据所述当前主风向所属的上游风力发电机组的当前风向、以及所述当前主风向所关联的每个下游风力发电机组的偏航位置，确定所述当前主风向所关联的每个下游风力发电机组的第一偏航偏差值；根据所述第一偏航偏差值，生成针对所述当前主风向所关联的每个下游风力发电机组的偏航控制命令；

根据所述控制指令，对所述当前主风向所关联的每个下游风力发电机组进行控制。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述确定每个所述上游风力发电机组的当前风向所属的当前主风向，包括：

根据所述关联关系，确定每个所述上游风力发电机组的当前风向是否属于该上游风力发电机组的主风向之一；

当确定属于该上游风力发电机组的主风向之一时，确定所述当前风向所属的主风向，作为所述当前主风向。

3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述当前主风向所属的上游风力发电机组的当前风向、以及所述当前主风向所关联的每个下游风力发电机组的偏航位置，确定所述当前主风向所关联的每个下游风力发电机组的第一偏航偏差值，包括：

将所述当前主风向所属的上游风力发电机组的当前风向，减去所述当前主风向所关联的每个下游风力发电机组的偏航位置，得到所述当前主风向所关联的每个下游风力发电机组的第一偏航偏差值；以及

所述根据所述第一偏航偏差值，生成针对所述当前主风向所关联的每个下游风力发电机组的偏航控制命令，包括：

为所述当前主风向所关联的每个下游风力发电机组，生成偏航控制命令；

将所述当前主风向所关联的一个下游风力发电机组的标识信息携带于所述偏航控制命令中，将所述偏航控制命令中的偏航变量和机组状态变量分别对应设置为所述第一偏航偏差值和进入待机状态。

4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述当前主风向所关联的下游风力发电机组的工况状态和工况参数，确定针对所述当前主风向所关联的每个下游风力发电机组的控制指令，还包括：

确定所述上游风力发电机组的当前主风向所关联的每个下游风力发电机组是否处于并网发电状态；

当每个所述下游风力发电机组处于并网发电状态时，响应于当前主风向所属的上游风力发电机组在第一指定时段内的平均风向的变化角度大于第一阈值，确定所述当前主风向所关联的每个下游风力发电机组的第二偏航偏差值；

根据所述第二偏航偏差值，生成针对所述当前主风向所关联的每个下游风力发电机组的偏航控制命令。

5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述响应于当前主风向所属的上游风力发电机组在第一指定时段内的平均风向的变化角度大于第一阈值，确定所述当前主风向所关联的每个下游风力发电机组的第二偏航偏差值，包括：

将所述当前主风向所属的上游风力发电机组在当前第一指定时段内的平均绝对风向，减去该上游风力发电机组在上一个第一指定时段内的平均绝对风向，得到所述当前主风向所关联的每个下游风力发电机组的第二偏航偏差值；以及

所述根据所述第二偏航偏差值，生成针对所述当前主风向所关联的每个下游风力发电机组的偏航控制命令，包括：

为所述当前主风向所关联的每个下游风力发电机组，生成偏航控制命令；

将所述当前主风向所关联的一个下游风力发电机组的标识信息携带于所述偏航控制命令中，将所述偏航控制命令中的偏航变量设置为所述第二偏航偏差值。

6.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述当前主风向所关联的下游风力发电机组的工况状态和工况参数，确定针对所述当前主风向所关联的每个下游风力发电机组的控制指令，还包括：

确定所述上游风力发电机组的当前主风向所关联的每个下游风力发电机组是否处于并网发电状态；

当每个所述下游风力发电机组处于并网发电状态时，确定当前主风向所属的上游风力发电机组在第二指定时段内的平均风速的变化量是否大于第二阈值；

当所述平均风速的变化量大于第二阈值时，确定当前主风向所属的上游风力发电机组所关联的每个下游风力发电机组的桨距角是否在指定范围内；

当所述桨距角在指定范围内时，确定所述当前主风向所关联的每个下游风力发电机组的最小桨距角；

根据所述最小桨距角，生成针对所述当前主风向所关联的每个下游风力发电机组的变桨控制命令。

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述确定当前主风向所属的上游风力发电机组在第二指定时段内的平均风速的变化量是否大于第二阈值，包括：

将所述当前主风向所属的上游风力发电机组在当前第二指定时段内的平均风速，减去该上游风力发电机组在上一个第二指定时段内的平均风速，得到所述平均风速的变化量；进而确定该平均风速的变化量是否大于第二阈值；以及

所述根据所述最小桨距角，生成针对所述当前主风向所关联的每个下游风力发电机组的变桨控制命令，包括：

为所述当前主风向所关联的每个下游风力发电机组，生成变桨控制命令；

将所述当前主风向所关联的一个下游风力发电机组的标识信息携带于所述变桨控制命令中，将所述变桨控制命令中的桨距角变量设置为所述最小桨距角。

8.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，还包括：

确定每个所述上游风力发电机组的当前工况状态是否属于并网状态；

当确定结果为是时，根据所述当前主风向所关联的下游风力发电机组的工况状态和工况参数，确定针对所述当前主风向所关联的每个下游风力发电机组的控制指令。

9.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述多个上游风力发电机组的主风向和在主风向的下游风力发电机组之间的关联关系是通过下述方法预先获得的：

获取风电场内每个上游风力发电机组的第一取样时段内的风速、绝对风向和时间戳，确定的每个上游风力发电机组的绝对风向在第二取样时段内的风速平均值、风速最大值和风速最小值；第一取样时段包括多个第二取样时段；

为每个上游风力发电机组划分出多个具有指定夹角的扇区，上游风力发电机组确定每个上游风力发电机组的每个扇区在第一取样时段内的风频，将风频最大的设定个数的扇区作为该上游风力发电机组的主风向；

对于每个上游风力发电机组的每个主风向，确定该上游风力发电机组在第一取样时段内的累计启机次数和每次启机时刻；

对于所述风电场中除了上游风力发电机组之外的每个其它风力发电机组，确定该其它风力发电机组在第一取样时间内的累计启机次数与一个上游风力发电机组的所述累计启机次数之间的比例是否达到比例阈值，且该其它风力发电机组是否在以该上游风力发电机组的启机时刻为起始时刻的设定时段内启机；若都为是，则确定该其它风力发电机组为该上游风力发电机组在该主风向的下游风力发电机组；

建立每个上游风力发电机组、该上游风力发电机组的每个主风向和在该主风向的下游风力发电机组之间的关联关系。

10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述确定每个上游风力发电机组的每个扇区在第一取样时段内的风频，包括：

对于每个上游风力发电机组的每个扇区，确定在第一取样时段的时间范围内，所述绝对风向在第二取样时间段内的平均风速在该扇区出现的概率，将该概率作为所述风频。

11.一种风力发电机组的控制装置，其特征在于，包括：

当前风向确定模块，用于实时获取风电场内每个上游风力发电机组的当前风向；

主风向确定模块，用于确定每个所述上游风力发电机组的当前风向所属的当前主风向；

下游风力发电机组确定模块，用于根据预先获得的多个上游风力发电机组的主风向和在主风向的下游风力发电机组之间的关联关系，确定每个所述上游风力发电机组的当前主风向所关联的下游风力发电机组；

控制指令确定模块，根据所述当前主风向所关联的下游风力发电机组的工况状态和工况参数，确定针对所述当前主风向所关联的每个下游风力发电机组的控制指令，包括：确定所述上游风力发电机组的当前主风向所关联的每个下游风力发电机组是否处于停机状态或待机状态；当每个所述下游风力发电机组处于停机状态或待机状态时，根据所述当前主风向所属的上游风力发电机组的当前风向、以及所述当前主风向所关联的每个下游风力发电机组的偏航位置，确定所述当前主风向所关联的每个下游风力发电机组的第一偏航偏差值；根据所述第一偏航偏差值，生成针对所述当前主风向所关联的每个下游风力发电机组的偏航控制命令。

12.根据权利要求11所述的控制装置，其特征在于，其集成设置在风电场的中央控制器中。

13.一种风力发电机组的控制器，其特征在于，用于与如权利要求11-12中任一项所述的风力发电机组的控制装置通信连接，所述控制器包括：

接收模块，用于接收所述控制装置发送的针对当前主风向所关联的每个下游风力发电机组的控制指令；所述控制指令包括偏航控制命令；

控制模块，用于根据所述控制指令，对每个所述当前主风向所关联的下游风力发电机组进行控制，包括：根据所述偏航控制命令，对每个所述当前主风向所关联的下游风力发电机组进行偏航控制。

14.根据权利要求13所述的控制器，其特征在于，其集成设置在风力发电机组的主控器中。

15.一种计算机可读的存储介质，其特征在于，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-10任一项所述控制方法的步骤。

16.一种风力发电机组的控制***，其特征在于，包括：如权利要求11-12中任一项所述的风力发电机组的控制装置、以及如权利要求13-14中任一项所述的风力发电机组的控制器，所述控制装置与控制器通信连接。

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