CN108825432A - 偏航控制方法和装置、计算机可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种偏航控制方法和装置、计算机可读存储介质。该偏航控制方法包括：获取风电场中风力发电机组的风向数据和运行工况数据；根据风向数据和运行工况数据，预测风电场的风向是否发生变化；若所述风电场的风向发生变化，则对所述风力发电机组执行偏航操作。采用本发明实施例中的技术方案，能够对风电场的风向变化趋势进行有效预测，并根据预测结果提前对风力发电机组执行偏航操作，从而降低风力发电机组的发电量损失。

Description

偏航控制方法和装置、计算机可读存储介质

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种偏航控制方法和装置、计算机可读存储介质。

背景技术

偏航***是风力发电机组的重要部件。偏航***的偏航策略为：根据风向仪的风向测量值，检测到风向变化后开始偏航操作，使风力发电机组的风轮始终处于迎风状态，以最大限度地捕捉风能。但是，本申请的发明人发现，风能在经过旋转叶轮后，会在叶轮背面产生涡流。由于风向仪设置于叶轮背面的机舱顶端尾部，因此容易受涡流影响，使风向仪的风向测量值无法反映真实风向变化，导致偏航操作滞后于风向变化，造成风力发电机组的发电量损失。

发明内容

本发明实施例提供了一种偏航控制方法和装置、计算机可读存储介质，能够对风电场的风向变化趋势进行有效预测，并根据预测结果提前对风力发电机组执行偏航操作，从而降低风力发电机组的发电量损失。

第一方面，本发明实施例提供一种偏航控制方法，该方法包括：

获取风电场中风力发电机组的风向数据和运行工况数据；

根据风向数据和运行工况数据，预测风电场的风向是否发生变化；

若风电场的风向发生变化，则对风力发电机组执行偏航操作。

在第一方面的一种可能的实施方式中，根据风向数据和运行工况数据，预测风电场的风向是否发生变化，包括：根据风向数据和运行工况数据，绘制风电场的工况与风向玫瑰图，工况与风向玫瑰图的半径为对应所属风向区间的运行工况数据的累加值；根据工况与风向玫瑰图，预测风电场的风向是否发生变化。

在第一方面的一种可能的实施方式中，根据工况与风向玫瑰图，预测风电场的风向是否发生变化，包括：判断工况与风向玫瑰图的半径对应的风向区间是否发生变化；若工况与风向玫瑰图的半径对应的风向区间发生变化，则判断原风向区间对应的半径是否减小，且新的风向区间对应的半径是否增大；若原风向区间对应的半径减小，且新的风向区间对应的半径增大，则预测风电场的风向发生变化。

在第一方面的一种可能的实施方式中，工况与风向玫瑰图包括：功率与风向玫瑰图、转速与风向玫瑰图或者扭矩与风向玫瑰图。

在第一方面的一种可能的实施方式中，对风力发电机组执行偏航操作，包括：判断新的风向区间对应的风力发电机组是否已执行偏航操作；若新的风向区间对应的风力发电机组已执行偏航操作，则将风电场中除已执行偏航操作外的其他风力发电机组偏航至新的风向区间内。

第二方面，本发明实施例提供一种偏航控制装置，该装置包括：

获取模块，用于获取风电场中风力发电机组的风向数据运行工况数据；

预测模块，用于根据风向数据和运行工况数据，预测风电场的风向是否发生变化；

偏航模块，用于若风电场的风向发生变化，则对风力发电机组执行偏航操作。

在第二方面的一种可能的实施方式中，预测模块包括：绘制单元，用于根据风向数据和运行工况数据，绘制风电场的工况与风向玫瑰图，工况与风向玫瑰图的半径为对应所属风向区间的运行工况数据的累加值；预测单元，用于根据工况与风向玫瑰图，预测风电场的风向是否发生变化。

在第二方面的一种可能的实施方式中，该装置设置在风力发电机组的主控制器或者偏航控制器中。

第三方面，本发明实施例提供一种偏航控制装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，处理器执行程序时实现如上所述的偏航控制方法。

第四方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，程序被处理器执行时实现如上所述的偏航控制方法。

由于根据本发明的实施例结合整个风电场中所有风力发电机组的风向数据和运行工况数据，对风电场的风向进行了全局预测，从而能够有效判断风电场的风向的变化趋势，反映风电场的真实风向变化。这样，若预测结果为风电场的风向发生变化，就能够提前对风力发电机组执行偏航操作，从而降低风力发电机组的发电量损失。

附图说明

从下面结合附图对本发明的具体实施方式的描述中可以更好地理解本发明其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。

图1为本发明一个实施例提供的风电场拓扑示意图；

图2为本发明一个实施例提供的风电场布局示意图；

图3为本发明另一实施例提供的风电场布局示意图；

图4为本发明一个实施例提供的偏航控制方法的流程示意图；

图5为本发明另一实施例提供的偏航控制方法的流程示意图；

图6为本发明一个实施例提供的功率与风向玫瑰图的示意图；

图7为本发明另一实施例提供的功率与风向玫瑰图的示意图；

图8为本发明又一实施例提供的偏航控制方法的流程示意图；

图9为本发明一个实施例提供的偏航控制装置的结构示意图；

图10为本发明另一实施例提供的偏航控制装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。

图1为本发明一个实施例提供的风电场拓扑示意图。图1中示出了风电场101、风力发电机组102和中央监控设备103。

如图1所示，风电场101中包括多台风力发电机组102，中央监控设备103通过光线通信线路与风电场101内的各风力发电机组102环网连接。中央监控设备103采集各风力发电机组102的运行工况数据进行统计分析，并将数据统计分析结果下发给各风力发电机组102，以控制各风力发电机组102运行。在一示例中，中央监控设备103和各风力发电机组102之间基于数据采集与监视控制***(Supervisory Control and Data Acquisition，SCADA))进行数据传输与交互。

其中，各风力发电机组102上传至中央监控设备103的上传数据包括运行工况数据，比如：机组风向、机舱方向、机组功率值、机组转速值、机组扭矩值和偏航启动标志等。中央监控设备103下发至各风力发电机组102下传数据包括控制数据和控制命令，比如，准备偏航标志和新变化的风向值等。

图2为本发明一个实施例提供的风电场布局示意图。风电场中分布有多台风力发电机组，这些风力发电机组按照预定规则分散布置于风电场中，以保证每台风力发电机组具有较高的风能捕获能力。

如图2所示，风向A为风电场的来风方向，风向稳定时，风电场中各风力发电机组检测到的风向数据基本一致。

图3为本发明另一实施例提供的风电场布局示意图，图3中示出的风电场的风向从A变化为B。

如图3所示，风向变化初期，正对于风向B的***机组(包括分布于虚线O′-O′线以右的风力发电机组)测量的风向数据与风向B一致，而风电场的其他机组，比如分布于虚线O′-O′以左的风力发电机组测量的风向数据仍与风向A一致。

随着风向B的逐渐推进，比如从虚线O′-O′线推进至虚线O″-O″线，分布于虚线O″-O″以右的风力发电机组测量的风向数据与风向B一致，而分布于虚线O″-O″以左的风力发电机组测量的风向数据仍与风向A一致，直到风向B的逐渐推进至整个风电场，风电场中的所有风力发电机组测量的风向数据全部与风向B一致。

基于上述风电场的风向变化情况，本发明实施例提供一种偏航控制方法和装置、计算机可读存储介质，能够对风电场的风向变化趋势进行有效预测，并根据预测结果提前对风力发电机组执行偏航操作，从而降低风力发电机组的发电量损失。

图4为本发明一个实施例提供的偏航控制方法的流程示意图。如图4所示，该偏航控制方法包括步骤401至步骤403。

在步骤401中，获取风电场中风力发电机组的风向数据和运行工况数据。其中，运行工况数据指的是风力发电机组运行过程中的参数数据，包括功率数据、转速数据以及扭矩数据等。

在步骤402中，根据风向数据和运行工况数据，预测风电场的风向是否发生变化。

结合图3可知，风电场的风向变化初期，分布于虚线O′-O′以右的风力发电机组测量的风向数据与风向B一致，而分布于虚线O′-O′以左的风力发电机组测量的风向数据仍与风向A一致。由于风向变化周期较短，仅靠风向数据无法准确反映风电场的变化情况，因此，可以结合整个风电场中所有风力发电机组的风向数据和运行工况数据一起，对风电场的风向进行全局预测，判断风电场的风向是否发生变化。

在步骤403中，若风电场的风向发生变化，则对风力发电机组执行偏航操作。

由于根据本发明实施例结合整个风电场中所有风力发电机组的风向数据和运行工况数据一起，对风电场的风向进行了全局预测，从而能够有效判断风电场的风向的变化趋势，反映风电场的真实风向变化。这样，若预测结果为风电场的风向发生变化，就能够提前对风力发电机组执行偏航操作，从而降低风力发电机组的发电量损失。

此外，由于本发明实施例是基于前向风机的风向值来预测整个风电场的风向变化，从而能够在风机启动前对整个风电场中的所有风机提前进行对风偏航，提高整个风电场的发电量。

另外，本发明实施例涉及的算法简单，不需要集群控制器，也不需要复杂的控制算法，就能够实现由单台风机到整个风电场的智能控制，十分易于推广使用。

图5为本发明另一实施例提供的偏航控制方法的流程示意图。图5与图4的不同之处在于，图4中的步骤402可细化为图5中的步骤4021和步骤4022。

在步骤4021中，根据风向数据和运行工况数据，绘制风电场的工况与风向玫瑰图，工况与风向玫瑰图的半径为对应所属风向区间的运行工况数据的累加值。

根据运行工况数据类型的不同，工况与风向玫瑰图可以包括：功率与风向玫瑰图、转速与风向玫瑰图或者扭矩与风向玫瑰图等。

图6为本发明一个实施例提供的功率与风向玫瑰图的示意图。其中，风向即风的来向，是指从外面吹向中心的方向。极坐标中的N表示正北方向(0度方向)，S表示正南方向，E表示正东方向，W表示正西方向。极坐标中的半径表示对应所属风向区间的风力发电机组功率数据的累加值。半径X1-X5指示的功率数据累加值依次递增。

由于风向是瞬变的，没有必要精细统计，为方便操作可以基于风向区间进行风向统计。图6示出的风向区间包括：北偏西[0°,5°]、[5°,10°]、[10°,15°]和[15°,20°]，以及北偏东[0°,5°]、[5°,10°]、[10°,15°]和[15°,20°]。风向区间的宽度可以根据风力发电机组的调桨控制精度和风向仪的测量精度进行设定。风力发电机组的调桨控制精度越高，风向仪的测量精度越高，则风向区间的宽度可以适当减小。

如图6所示，风电场中所有风力发电机组均正对风向A，风向A处于风向区间北偏西10度～15度之间，P1指示的半径表示与A所属风向区间对应的风力发电机组功率数据的累加值。

表1为与图6对应的功率与风向玫瑰图的数据表。

表1中第一列为风向区间编号，第二列为各风向区间对应的角度范围，第三列为各风向区间对应的功率数据累加值，采用数据表形式可方便程序的逻辑运算。

表1

如表1所示，在风向区间3，北偏西10°～15°内的功率数据累加值为M0，且X4<M0<X5，而其余风向区间内的风速数据累加值均为0。即没有风的方向上，风电场的风速数据累加值均为0。

在步骤4022中，根据工况与风向玫瑰图，预测风电场的风向是否发生变化。

具体地，步骤4022可以包括以下三个子步骤：

(1)判断工况与风向玫瑰图的半径对应的风向区间是否发生变化。

(2)若工况与风向玫瑰图的半径对应的风向区间发生变化，则判断原风向区间对应的半径是否减小，且新的风向区间对应的半径是否增大。

(3)若原风向区间对应的半径减小，且新的风向区间对应的半径增大，则预测风电场的风向发生变化。

下面结合图6和图7，对基于功率与风向玫瑰图的风电场的风向变化预测过程进行详细说明。

图7为本发明另一实施例提供的功率与风向玫瑰图的示意图。

图7中的功率与风向玫瑰图的半径对应的风向区间发生变化，同时包括两个风向区间：北偏西10°～15°和北偏东10°～15°。结合图3可知，北偏西10°～15°为风向A所属的风向区间，北偏东10°～15°为风向B所属的风向区间。由于风电场的风向从A变化为B，这里将风向A所属的风向区间作为原风向区间，将风向B所属的风向区间作为新的风向区间。

表2为与图7对应的功率与风向玫瑰图的数据表。

表1

风向区间编号	角度范围	功率数据累加值
			1	北偏西0°～5°	0
2	北偏西5°～10°	0
			3	北偏西10°～15°	M1
4	北偏西15°～20°	0
			……	……	……
19	北偏东0°～5°	0
			20	北偏东5°～10°	0
21	北偏东10°～15°	0
			22	北偏东15°～20°	M2
……	……	……

如表2所示，在风向区间3，北偏西10°～15°内的功率数据累加值变为M1，M1＝X4；风向区间22，即北偏东10°～15°内的功率数据累加值变为M2，M2＝X1；其余风向区间内的风速数据累加值均为0，即没有风的方向上，风电场的风速数据累加值均为0。

与图6相比可知，图7中原风向区间对应的半径P1指示的长度减小至X4处，新的风向区间对应的半径P2指示的长度增大至X4处，说明风电场的风向正发生变化。

实际预测时，可以由中央监控设备103扫描风电场的功率与风向玫瑰图，若扫描发现功率与风向玫瑰图发生变化，则继续检测原风向区间对应的半径是否变小，同时新的风向区间对应的半径是否变大，若原风向区间对应的半径变小，同时新的风向区间对应的半径变大，则可以确定风向发生变化。

需要说明的是，本发明实施例中的技术方案主要基于原风向区间和新的风向区间的变化趋势对风电场的风向变化情况进行预测。本领域技术人员可以根据实际需要对原风向区间的减小值和新的风向区间的增大值进行选择，此处不进行限定。

图8为本发明又一实施例提供的偏航控制方法的流程示意图。图8与图4的不同之处在于，图4中的步骤403可细化为图8中的步骤4031和步骤4032。

在步骤4031中，判断新的风向区间对应的风力发电机组是否已执行偏航操作。

在步骤4032中，若新的风向区间对应的风力发电机组已执行偏航操作，则将风电场中除已执行偏航操作外的其他风力发电机组偏航至新的风向区间内。

实际偏航时，中央监控设备103检测功率与风向玫瑰图发生变化后，检测新的风向区间对应的风力发电机组的偏航标志。当新的风向区间对应的风力发电机组已自动偏航之后，再向风电场内风力发电机组下发准备偏航标志，并下发新变化的风向值，以排除因手动偏航、解缆、风向标异常等情况而引起的偏航误操作。

接下来，风力发电机组接收到中央监控设备103下发的准备偏航标志后，开始检测自身的风向，如果自身风向标检测的绝对风向与中央监控下发的新变化的风向值有偏差，则当前风机准备执行自主偏航。

如上所述，由于本发明实施例不需要对每台风力发电机组的坐标进行判断，也不需要预先选定前向风机，而是通过功率与风向玫瑰图自动选择并检测风向变化方向，比如通过功率与风向玫瑰图中功率值的累加值，确定当前是否真实发生风向变化。这样，若预测结果为风电场的风向发生变化，就能够提前对风力发电机组执行偏航操作，具有控制方法简单，安全性高，发电量损失小，十分适合推广使用。

图9为本发明一个实施例提供的偏航控制装置的结构示意图。该偏航控制装置包括获取模块901、预测模块902和偏航模块903。

其中，获取模块901用于获取风电场中风力发电机组的风向数据和运行工况数据。

预测模块902用于根据风向数据和运行工况数据，预测风电场的风向是否发生变化。

偏航模块903用于若风电场的风向发生变化，则对风力发电机组执行偏航操作。

图10为本发明另一实施例提供的偏航控制装置的结构示意图。图10与图9的不同之处在于，图9中的预测模块可细化为图10中的绘制单元和预测单元。

其中，绘制单元9021用于根据运行工况数据，绘制风电场的工况与风向玫瑰图，工况与风向玫瑰图的半径为对应所属风向区间的运行工况数据的累加值。

预测单元9022用于根据工况与风向玫瑰图，预测风电场的风向是否发生变化。

在一个可选实施例中，上述偏航控制装置可以是具有逻辑运算功能的独立器件。此外，从避免对现有硬件结构改造的方面考虑，上述偏航控制装置也可以设置在风力发电机组的主控制器或者偏航控制器中，只需要进行简单的修改，就能实现所述功能，具有开发时间很短、工作量小的优点。

本发明实施例还提供一种偏航控制装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，处理器执行程序时实现如上所述的偏航控制方法。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，程序被处理器执行时实现如上所述的偏航控制方法。

需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。对于装置实施例而言，相关之处可以参见方法实施例的说明部分。本发明实施例并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。本领域的技术人员可以在领会本发明实施例的精神之后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。

以上所述的结构框图中所示的功能块可以实现为硬件、软件、固件或者它们的组合。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(ASIC)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本发明实施例的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、ROM、闪存、可擦除ROM(EROM)、软盘、CD-ROM、光盘、硬盘、光纤介质、射频(RF)链路，等等。代码段可以经由诸如因特网、内联网等的计算机网络被下载。

本发明实施例可以以其他的具体形式实现，而不脱离其精神和本质特征。例如，特定实施例中所描述的算法可以被修改，而***体系结构并不脱离本发明实施例的基本精神。因此，当前的实施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本发明实施例的范围由所附权利要求而非上述描述定义，并且，落入权利要求的含义和等同物的范围内的全部改变从而都被包括在本发明实施例的范围之中。

Claims (10)

1.一种偏航控制方法，其特征在于，包括：

获取风电场中风力发电机组的风向数据和运行工况数据；

根据所述风向数据和所述运行工况数据，预测所述风电场的风向是否发生变化；

若所述风电场的风向发生变化，则对所述风力发电机组执行偏航操作。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述风向数据和所述运行工况数据，预测所述风电场的风向是否发生变化，包括：

根据所述风向数据和所述运行工况数据，绘制所述风电场的工况与风向玫瑰图，所述工况与风向玫瑰图的半径为对应所属风向区间的运行工况数据的累加值；

根据所述工况与风向玫瑰图，预测所述风电场的风向是否发生变化。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述工况与风向玫瑰图，预测所述风电场的风向是否发生变化，包括：

判断所述工况与风向玫瑰图的半径对应的风向区间是否发生变化；

若所述工况与风向玫瑰图的半径对应的风向区间发生变化，则判断原风向区间对应的半径是否减小，且新的风向区间对应的半径是否增大；

若所述原风向区间对应的半径减小，且所述新的风向区间对应的半径增大，则预测所述风电场的风向发生变化。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述工况与风向玫瑰图包括：功率与风向玫瑰图、转速与风向玫瑰图或者扭矩与风向玫瑰图。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述风力发电机组执行偏航操作，包括：

判断新的风向区间对应的风力发电机组是否已执行偏航操作；

若所述新的风向区间对应的风力发电机组已执行偏航操作，则将所述风电场中除已执行偏航操作外的其他风力发电机组偏航至所述新的风向区间内。

6.一种偏航控制装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取风电场中风力发电机组的风向数据运行工况数据；

预测模块，用于根据所述风向数据和所述运行工况数据，预测所述风电场的风向是否发生变化；

偏航模块，用于若所述风电场的风向发生变化，则对所述风力发电机组执行偏航操作。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述预测模块包括：

绘制单元，用于根据所述风向数据和所述运行工况数据，绘制所述风电场的工况与风向玫瑰图，所述工况与风向玫瑰图的半径为对应所属风向区间的运行工况数据的累加值；

预测单元，用于根据所述工况与风向玫瑰图，预测所述风电场的风向是否发生变化。

8.根据权利要求6或7所述的装置，所述装置设置在所述风力发电机组的主控制器或者偏航控制器中。

9.一种偏航控制装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-5任意一项所述的偏航控制方法。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1-5任意一项所述的偏航控制方法。