CN113757041A - 一种风力发电机组风向数据的智能校准方法及*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种风力发电机组风向数据的智能校准方法及***，方法包括：获取风向数据、风速数据以及发电功率；将获取的数据发送至服务器，并获取风向数据、风速数据、发电功率之间的对应关系；在当前的风向数据的基础上叠加正向风向控制分量，根据新的风向数据获取新的发电功率；将新的发电功率与数据库中之前的发电功率进行比对；当新的发电功率高于之前的发电功率时，则在当前的风向数据的基础上继续叠加正向风向控制分量，反之，则叠加负向风向控制分量，如此循环，直到发电功率达到最大值。由此，本发明为闭环控制的智能校准方法和***，无需人工参与，特别适合于设备数量大、高寒/高温、高空、无人值守等风电机组特殊的工作环境。

Description

一种风力发电机组风向数据的智能校准方法及***
技术领域
本发明涉及风力发电机组控制技术领域，尤其涉及一种风力发电机组风向数据的智能校准方法及***。
背景技术
全球范围内风能的蕴藏量巨大，且为绿色能源，风能的利用越来越受到世界各国的重视，于是风力发电技术在全世界范围内得到了快速的发展。近几年，随着相关专家学者对风力发电技术的研究愈发深入，风力发电控制也越发精确和精准。风能能否得到高效的利用很大程度上取决于偏航对风的精确程度。偏航对风是靠偏航***来实现的，一般是由偏航驱动装置、偏航传动装置、偏航制动器、偏航计数器、风速风向仪、偏航轴承、纽缆保护装置等组成。偏航***的工作过程如下：风速风向仪感应风向的变化，将风向信号传输到偏航电机控制回路控制器中，控制器经过处理将偏航指令发送到偏航电机，偏航电机通过变速箱带动偏航大齿轮运动，机舱随大齿轮运动，即对风动作，对风满足偏航停止条件后偏航随即停止，制动器锁紧，对风过程结束。
目前常用的偏航对风策略完全依赖于风速风向仪的测量结果，偏航控制器根据此信号来控制偏航动作，当风向偏差太大时偏航控制器便会发出偏航指令，执行偏航矫正动作，使机舱准确对风，以获取最大发电功率。而且，为提高测量结果的准确性，通常在风力发电机组上安装两套风速风向仪，一套风速风向仪参与控制，另一套作为备用，通过对比两套风速风向仪的测量结果来判断风向数据的有效性。但由于风速风向仪安装在机舱顶部叶轮之后，会受到尾流影响导致风向数据的不准确，另外由于风轮直径很大，风向数据反映的只是对应于风速风向仪安装高度附近一定区域的风向情况，也不能客观的反映整个风轮的平均风向，即风向数据的不准确。而在现场很难判断风向偏差的偏差方向和角度，若人为进行调整将耗费大量人力物力，并且很难找出合适的偏置角度，因此需要一种可以自动对机组可能存在的偏航零位偏差和尾流偏转角进行补偿校正的策略，以降低传统偏航策略对风速风向仪的过度依赖性，以提高偏航对风精度，提升风能捕获效率。
发明内容
为解决上述现有技术中存在的部分或全部技术问题，本发明提供一种风力发电机组风向数据的智能校准方法及***。
本发明的技术方案如下：
一种风力发电机组风向数据的智能校准方法，所述智能校准方法用于智能校准***，所述智能校准***包括风速仪、风向仪、控制器、服务器，所述智能校准方法包括：
步骤S1：所述控制器获取所述风向仪检测的风向数据、所述风速仪检测的风速数据，以及风力发电机组的发电功率；
步骤S2：所述控制器将获取的数据发送至所述服务器，所述服务器建立数据库，并获取风向数据、风速数据、发电功率之间的对应关系；
步骤S3：所述控制器在当前的所述风向数据的基础上叠加正向风向控制分量，以产生新的风向数据，所述风力发电机组根据所述新的风向数据进行偏航对风并且发电，以使得所述控制器获取所述风力发电机组的新的发电功率；
步骤S4：所述控制器将获取的所述新的发电功率发送至所述服务器，所述服务器将所述新的发电功率与所述数据库中之前的发电功率进行比对；
步骤S5：当所述新的发电功率高于之前的所述发电功率时，则所述控制器在当前的所述风向数据的基础上继续叠加正向风向控制分量，当所述新的发电功率低于之前的所述发电功率时，则所述控制器在当前的所述风向数据的基础上叠加负向风向控制分量，如此循环，直到发电功率达到最大值。
可选地，所述智能校准方法中，所述正向风向控制分量和所述负向风向控制分量的大小均由所述控制器进行调节。
可选地，所述智能校准方法中，在所述步骤S2中，还包括：
在建立数据库时，删除异常数据，所述异常数据表示风机的叶片角度、风速和/或发电功率超出设定偏差范围。
可选地，所述智能校准方法中，还包括：所述数据库将叠加的正向风向控制分量或负向方向控制分量拟合成风向仪检测的风向数据的函数关系曲线。
可选地，所述智能校准***还包括显示器，所述智能校准方法包括：
通过所述显示器显示所述风向数据智能校准的对比曲线，和/或显示所述风向数据智能校准前后发电功率的对比曲线。
根据本发明的另一方面，还提供了一种风力发电机组风向数据的智能校准***，所述智能校准***包括风速仪、风向仪、控制器、服务器和显示器，所述智能校准***通过上述的任意一项所述的智能校准方法进行控制。
本发明技术方案的主要优点如下：
本发明通过控制器在风向数据上自动叠加正向或负向风向控制分量，以产生新的风向数据和新的发电功率，并且采取数据库对比，以及基于对比结果循环叠加的自动闭环控制方式，让风力发电机组的偏航对风和发电动作并不完全依赖于风向仪检测的风向数据，其能够保证偏航***实时调整至最佳的对风角度，使得风力发电机组在当前的风向风速条件下能够具有最高的发电效率。智能校准后的风向数据更能真实的反映整个风轮实际的受风情况，同时机组偏航对风准度和发电效率不受风向仪出厂校准不良、安装误差的影响。与现有技术相比，本发明为闭环控制的智能校准方法和***，无需人工参与，特别适合于设备数量大、高寒/高温、高空、无人值守等风电机组特殊的工作环境。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为根据本发明的一个实施方式中的风力发电机组风向数据的智能校准方法的流程示意图；
图2为根据本发明的一个实施方式中的风力发电机组风向数据的智能校准***的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下结合附图，详细说明本发明实施例提供的技术方案。
如图1和图2所示，在根据本发明的一个实施方式中，提供了一种风力发电机组风向数据的智能校准方法及***，该智能校准方法用于智能校准***，智能校准***包括风速仪、风向仪、控制器、服务器。作为一种实现方式，风速仪和风向仪可以设置在机舱顶部的预定位置，风向仪能够实时地检测风向，风速仪能够实时地检测风速，风力发电机组设置在机舱顶部，风力发电机组包括可旋转的叶片。
在本实施方式中，该智能校准方法包括：
步骤S1：所述控制器获取所述风向仪检测的风向数据、所述风速仪检测的风速数据，以及风力发电机组的发电功率；
步骤S2：所述控制器将获取的数据发送至所述服务器，所述服务器建立数据库，并获取风向数据、风速数据、发电功率之间的对应关系；
步骤S3：所述控制器在当前的所述风向数据的基础上叠加正向风向控制分量，以产生新的风向数据，所述风力发电机组根据所述新的风向数据进行偏航对风并且发电，以使得所述控制器获取所述风力发电机组的新的发电功率；
步骤S4：所述控制器将获取的所述新的发电功率发送至所述服务器，所述服务器将所述新的发电功率与所述数据库中之前的发电功率进行比对；
步骤S5：当所述新的发电功率高于之前的所述发电功率时，则所述控制器在当前的所述风向数据的基础上继续叠加正向风向控制分量，当所述新的发电功率低于之前的所述发电功率时，则所述控制器在当前的所述风向数据的基础上叠加负向风向控制分量，如此循环，直到发电功率达到最大值。
具体而言，控制器与风向仪、风速仪以及风力发电机组电连接，控制器能够获取风向仪检测的风向数据、风速仪检测的风速数据、风力发电机组的发电功率等信息。当风力发电机组在偏航***的作用下偏航对风后，控制器控制风力发电机组进行发电，同时，控制器将采集的所有数据发送至服务器，服务器基于这些数据建立数据库，并获取风向数据、风速数据、发电功率之间的对应关系。其中，在建立数据库时，服务器将会删除异常数据。示例性地，异常数据表示风机的叶片角度、风速和/或发电功率超出设定偏差范围。
然后，控制器在当前的风向数据的基础上叠加正向风向控制分量，以产生新的风向数据，风力发电机组在偏航***的作用下根据该新的风向数据进行偏航对风并且发电，以使得控制器获取风力发电机组的新的发电功率。同时控制器将获取的新的发电功率、新的风向数据以及新的风速数据等信息发送至服务器，当服务器中积累足够的数据之后，服务器将新的发电功率与数据库中之前的发电功率进行比对。
当新的发电功率高于之前的发电功率时，则控制器在当前的风向数据的基础上继续叠加正向风向控制分量，当新的发电功率低于之前的发电功率时，则控制器在当前的风向数据的基础上叠加负向风向控制分量，如此循环，直到发电功率达到最大值。也就是说，若在相同条件下叠加正向风向控制分量后的发电功率有提升则控制器继续自动叠加正向风向控制分量，若在相同条件下叠加正向风向控制分量后的发电功率有下降则控制器自动叠加负向风向控制分量。之后，再次基于新的风向数据再进行偏航对风和控制风力发电机组进行发电，同时控制器获取与发电功率相关的数据并发送至服务器，服务器积累数据并于之前的数据库进行比对，若在相同条件下叠加正向风向控制分量后的发电功率有提升则控制器继续自动叠加正向风向控制分量，若在相同条件下叠加正向风向控制分量后的发电功率有下降则控制器自动叠加负向风向控制分量。如此循环，形成闭环自动控制，直到发电功率达到最大值。当发电功率达到最大值时，则说明此时的发电功率为当前风向风速下的最佳发电功率。
优选地，在本实施方式中，正向风向控制分量和负向风向控制分量的大小均由控制器进行调节。
进一步地，为了便于比较，数据库可以将叠加的正向风向控制分量或负向方向控制分量拟合成风向仪检测的风向数据的函数关系曲线。
而且，在本实施方式中，智能校准***还包括显示器，该智能校准方法还包括：通过显示器显示风向数据智能校准的对比曲线，和/或显示风向数据智能校准前后发电功率的对比曲线。由此，工作人员可以更加清楚的获知发电功率的对比结果。
根据本发明的另一方面，还提供了一种上述实施方式中的风力发电机组风向数据的智能校准***，该智能校准***可以通过上述实施方式中的智能校准方法进行控制。
由此，本发明提供的风力发电机组风向数据的智能校准方法及***具有以下优点：
本发明通过控制器在风向数据上自动叠加正向或负向风向控制分量，以产生新的风向数据和新的发电功率，并且采取数据库对比，以及基于对比结果循环叠加的自动闭环控制方式，让风力发电机组的偏航对风和发电动作并不完全依赖于风向仪检测的风向数据，其能够保证偏航***实时调整至最佳的对风角度，使得风力发电机组在当前的风向风速条件下能够具有最高的发电效率。智能校准后的风向数据更能真实的反映整个风轮实际的受风情况，同时机组偏航对风准度和发电效率不受风向仪出厂校准不良、安装误差的影响。与现有技术相比，本发明为闭环控制的智能校准方法和***，无需人工参与，特别适合于设备数量大、高寒/高温、高空、无人值守等风电机组特殊的工作环境。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。此外，本文中“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”均以附图中表示的放置状态为参照。
最后应说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种风力发电机组风向数据的智能校准方法，其特征在于，所述智能校准方法用于智能校准***，所述智能校准***包括风速仪、风向仪、控制器、服务器，所述智能校准方法包括：
步骤S1：所述控制器获取所述风向仪检测的风向数据、所述风速仪检测的风速数据，以及风力发电机组的发电功率；
步骤S2：所述控制器将获取的数据发送至所述服务器，所述服务器建立数据库，并获取风向数据、风速数据、发电功率之间的对应关系；
步骤S3：所述控制器在当前的所述风向数据的基础上叠加正向风向控制分量，以产生新的风向数据，所述风力发电机组根据所述新的风向数据进行偏航对风并且发电，以使得所述控制器获取所述风力发电机组的新的发电功率；
步骤S4：所述控制器将获取的所述新的发电功率发送至所述服务器，所述服务器将所述新的发电功率与所述数据库中之前的发电功率进行比对；
步骤S5：当所述新的发电功率高于之前的所述发电功率时，则所述控制器在当前的所述风向数据的基础上继续叠加正向风向控制分量，当所述新的发电功率低于之前的所述发电功率时，则所述控制器在当前的所述风向数据的基础上叠加负向风向控制分量，如此循环，直到发电功率达到最大值。
2.根据权利要求1所述的风力发电机组风向数据的智能校准方法，其特征在于，所述智能校准方法中，所述正向风向控制分量和所述负向风向控制分量的大小均由所述控制器进行调节。
3.根据权利要求1所述的风力发电机组风向数据的智能校准方法，其特征在于，所述智能校准方法中，在所述步骤S2中，还包括：
在建立数据库时，删除异常数据，所述异常数据表示风机的叶片角度、风速和/或发电功率超出设定偏差范围。
4.根据权利要求1所述的风力发电机组风向数据的智能校准方法，其特征在于，所述智能校准方法中，还包括：所述数据库将叠加的正向风向控制分量或负向方向控制分量拟合成风向仪检测的风向数据的函数关系曲线。
5.根据权利要求4所述的风力发电机组风向数据的智能校准方法，其特征在于，所述智能校准***还包括显示器，所述智能校准方法包括：
通过所述显示器显示所述风向数据智能校准的对比曲线，和/或显示所述风向数据智能校准前后发电功率的对比曲线。
6.一种风力发电机组风向数据的智能校准***，其特征在于，所述智能校准***包括风速仪、风向仪、控制器、服务器和显示器，所述智能校准***通过根据权利要求1至5中任意一项所述的智能校准方法进行控制。
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