风力发电机组变桨控制方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种风力发电机组变桨控制方法和装置，方法包括：采集风电机组处来流风的风速，并形成风速时间序列；根据所述风速时间序列，计算所述来流风中所包含湍流的时间尺度和/或空间尺度；根据所述湍流的时间尺度和/或空间尺度对位于所述风电机组的后排风电机组的桨距角进行调整。本发明专利技术的技术方案实现基于对来流风向湍流的分析，控制风电机组进行最大风能吸收，同时降低风电机组所承受的湍流载荷的影响。

Variable paddle control method and device for wind turbine

The present invention provides a method and a device of variable pitch control, a wind turbine wind speed acquisition method comprises the following steps: wind turbine to wind flow, and the formation of wind speed time series; according to the wind speed time series, calculating the flow turbulence time scale and / or space scales contained in the wind; adjust according to the pitch of the turbulent time scale and / or spatial scales on the back of wind turbine in the wind turbine. The technical proposal of the invention realizes the control of the maximum wind energy absorption of the wind turbine and reduces the influence of the turbulent load on the wind turbine based on the analysis of the incoming wind direction turbulence.

【技术实现步骤摘要】
风力发电机组变桨控制方法和装置
本专利技术涉及风电
，尤其涉及一种风力发电机组变桨控制方法和装置。
技术介绍
风力发电机组(简称“风电机组”)主要吸收垂直于叶轮平面的风速来进行风力发电，而由于边界层效应，导致吹向叶轮平面的风中含有大量的湍流，湍流里边携带者大量的风能。不同尺度的湍流含有不同的风能量，为了使机组能够尽可能的吸收更多的风能，很有必要对来流风中的湍流尺度做出判别，并对风电机组进行适应性控制操作，以使风电机组最大程度吸收风能，同时不受湍流载荷的影响。
技术实现思路
本专利技术提供一种风力发电机组变桨控制方法和装置，以实现基于对来流风向湍流的分析，控制风电机组进行最大风能吸收，同时降低风电机组所承受的湍流载荷的影响。为达到上述目的，本专利技术的实施例提供了一种风力发电机组变桨控制方法，包括：采集风电机组处来流风的风速，并形成风速时间序列；根据所述风速时间序列，计算所述来流风中所包含湍流的时间尺度和/或空间尺度；根据所述湍流的时间尺度和/或空间尺度对位于所述风电机组的后排风电机组的桨距角进行调整。本专利技术的实施例还提供了一种风力发电机组变桨控制装置，所述装置包括：风速采集模块，用于采集风电机组处来流风的风速，并形成风速时间序列；尺度计算模块，用于根据所述风速时间序列，计算所述来流风中所包含湍流的时间尺度和/或空间尺度；桨距角调整模块，用于根据所述湍流的时间尺度和/或空间尺度对位于所述风电机组的后排风电机组的桨距角进行调整。本专利技术实施例提供的风力发电机组变桨控制方法和装置，通过计算各风电机组处来流风中包含的湍流的时间尺度和/或空间尺度，并根据湍流的时间尺度和/或空间尺度对位于该风电机组的后排风电机组的桨距角进行调整，从而控制风电机组进行最大风能吸收，同时降低风电机组所承受的湍流载荷的影响。附图说明图1为本专利技术提供的风力发电机组变桨控制方法一个实施例的方法流程图；图2为本专利技术提供的风力发电机组变桨控制方法另一个实施例的方法流程图；图3为本专利技术提供的风力发电机组变桨控制装置一个实施例的结构框图；图4为本专利技术提供的尺度计算模块的结构框图；图5为本专利技术提供的桨距角调整模块的结构框图。具体实施方式本专利技术的专利技术构思，是基于各风电机组处来流风中包含的湍流的时间尺度和/或空间尺度，分析湍流所影响的范围和影响的大小，然后根据湍流的时间尺度和/或空间尺度的具体值，对位于该风电机组的后排风电机组的桨距角进行调整，从而控制风电机组进行最大风能吸收，同时降低风电机组所承受的湍流载荷的影响。实施例一图1为本专利技术提供的风力发电机组变桨控制方法一个实施例的方法流程图，该方法的执行主体可以为风电机组的变桨控制器。如图1所示，该风力发电机组变桨控制方法具体包括：S110，采集风电机组处来流风的风速，并形成风速时间序列。具体地，设置在风电机组上的风速检测设备可检测风电机组处来流风的风速，由于风速检测设备通常安装在机舱外罩上，位于叶片平面的后方，因此检测到的风中包含由叶片的边界层效应导致的湍流。湍流里携带着大量的风能，且不同尺度的湍流包含的能量不同。为了使风电机组能够尽可能的吸收更多的风能，需要对湍流的尺度进行辨别。首先，通过风速检测设备周期性检测位于风电机组处的来流风的风速，并按时间顺序形成风速时间序列。在生成风速时间序列之后，可继续执行：S120，根据风速时间序列，计算来流风中所包含湍流的时间尺度和/或空间尺度。湍流积分尺度是表征各种湍流涡旋中最经常出现，起主导作用的湍涡的大小，定义为湍流相关系数的无穷积分，可以用时间或者空间来量度。本实施例中，根据风速时间序列来计算来流风中包含的湍流的时间尺度和/或空间尺度。根据这两个积分尺度中的至少一种来衡量各风电机组处来流风中湍流的大小。具体地，可根据自相关函数：求解风速的相关系数Rxx(τ)，即求解时间t时刻的风速x(t)与时间t+τ时刻风速x(t+τ)乘积的平均值，如表1所示，对采集到的7秒钟风速数据(采样周期为7秒)进行分析，以21秒做一次分仓，同时求解出21秒风速的平均风速首先令t＝0，对应风速x0，然后分别令τ＝0，7，14，21…，对应风速xt+τ，然后分别求解相关系数Rxx(τ)，同时对每次时延处求得的相关系数进行评判，从而评估得到湍流的时间尺度，对湍流的时间尺度内对速度进行积分，从而得到湍流的空间尺度。表1风数据样例S130，根据湍流的时间尺度和/或空间尺度对位于风电机组的后排风电机组的桨距角进行调整。具体地，湍流的时间尺度决定了湍流的影响时间，而湍流的空间尺度决定了湍流扩散的距离。根据湍流的这两个积分尺度特性，即可辨别位于风电机组的后排风电机组是否受到前排风电机组处湍流的影响，以及影响的程度。然后，根据这一辨别结果适应性调整后排风电机组的桨距角从而控制风电机组捕获风能的多少。理论上，湍流的时间尺度和/或空间尺度越大，则该湍流对顺风方向环境的影响就越大。其中，湍流的时间尺度反应了湍流在顺风方向的影响时间长短；湍流的空间尺度反应了湍流在顺风方向的影响距离。在判断湍流的影响时，可以分别考虑湍流的时间尺度的影响以及空间尺度的影响，也可以将这两种尺度相结合来考虑湍流的影响。例如，在依据湍流的时间尺度和/或空间尺度判断前排风电机组处的湍流会影响到后排风电机组时，则可适应性减小后排风电机组的桨距角，以捕获更大的风能；但是如果湍流影响过大，会对后排风电机组造成严重的机械载荷，则此时应适当调大后排风电机组的桨距角，以降低湍流导致的机械载荷，达到延长风电机组寿命的目的；又或者，前排风电机组处的湍流不会扩散到后排风电机组时，则维持后排风电机组的正常控制。本实施例中，仅以上述两种调整方式进行举例说明，在具体应用场景中，本领域技术人员还可出于其他因素的考虑，基于前排风电机组处湍流的时间尺度和/或空间尺度对位于后排风电机组的桨距角进行调整，以适应不同控制需求。本专利技术实施例提供的风力发电机组变桨控制方法，通过计算各风电机组处来流风中包含的湍流的时间尺度和/或空间尺度，并根据湍流的时间尺度和/或空间尺度对位于该风电机组的后排风电机组的桨距角进行调整，从而控制风电机组进行最大风能吸收，同时降低风电机组所承受的湍流载荷的影响。实施例二图2为本专利技术提供的风力发电机组变桨控制方法另一个实施例的方法流程图，可视为图1所示方法实施例的具体实现方式。如图2所示，该风力发电机组变桨控制方法具体包括：S210，采集风电机组处来流风的风速，并形成风速时间序列。步骤S210与前述步骤S110内容相同。在步骤S210之后，可继续执行S120，根据风速时间序列，计算来流风中所包含湍流的时间尺度和/或空间尺度，具体地，以下分别给出了计算湍流的时间尺度和空间尺度的相应方式。其中：计算湍流的时间尺度的方式包括S220～S230。S220，选取风速时间序列中任一时刻风速值作为延迟起始风速，顺次计算延迟起始风速与后续各风速值之间的相关系数。例如，以表1所示，对采集到的7秒钟风速数据(采样周期为7秒)进行分析，令t＝0时刻的风速x0为延迟起始风速，顺次计算该延迟起始风速与后续各风速值之间的相关系数；然后分别令τ＝0，7，14，21…，对应风速xt+τ，然后分别求解相关系数Rxx(τ)。S230，如果相关系数小于预设值，则将相应的后续风速值对应时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风力发电机组变桨控制方法，其特征在于，包括：采集风电机组处来流风的风速，并形成风速时间序列；根据所述风速时间序列，计算所述来流风中所包含湍流的时间尺度和/或空间尺度；根据所述湍流的时间尺度和/或空间尺度对位于所述风电机组的后排风电机组的桨距角进行调整。

【技术特征摘要】
1.一种风力发电机组变桨控制方法，其特征在于，包括：采集风电机组处来流风的风速，并形成风速时间序列；根据所述风速时间序列，计算所述来流风中所包含湍流的时间尺度和/或空间尺度；根据所述湍流的时间尺度和/或空间尺度对位于所述风电机组的后排风电机组的桨距角进行调整。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述风速时间序列，计算所述来流风中所包含湍流的时间尺度，包括：选取所述风速时间序列中任一时刻风速值作为延迟起始风速，顺次计算所述延迟起始风速与后续各风速值之间的相关系数；如果所述相关系数小于预设值，则将相应的后续所述风速值对应时刻相对于延迟起始时刻的延迟量作为一个所述湍流的时间尺度。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：以所述相关系数小于预设值对应的所述后续风速值作为新的所述延迟起始风速，并顺次计算更新后的所述延迟起始风速与后续各风速值之间的相关系数。4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述根据所述风速时间序列，计算所述来流风中所包含湍流的空间尺度，包括：对所述风速时间序列进行时间分仓，并计算各仓段的平均风速值；将各所述湍流的时间尺度和与所述时间尺度对应的仓段的所述平均风速值的乘积定义为对应的所述湍流的空间尺度。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述湍流的时间尺度和空间尺度对位于所述风电机组的后排风电机组的桨距角进行调整，包括：对所述湍流的时间尺度内风速值的平均值、所述湍流的时间尺度和所述湍流的空间尺度进行预定类别个数的聚类处理，得出相应个数的风况类别模式；根据各所述风况类别模式，对位于所述风电机组的后排风电机组的桨距角进行调整。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据各所述风况类别模式，对位于所述风电机组的后排风电机组的桨距角进行调整，包括：如果所述风况类别模式中，所述湍流的时间尺度、所述湍流的空间尺度和所述风速值的平均值分别大于各自的预设值，则增大位于所述风电机组的后排风电机组的桨距角；如果所述类别模式中，所述湍流的时间尺度、所述湍流的空间尺度和所述风速值的平均值分别不大于各自的所述预设值，则减小或不调整位于所述风电机组的后排风电机...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔志强，程庆阳，
申请(专利权)人：北京金风科创风电设备有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11