一种风力发电机组的偏航控制方法技术

一种风力发电机组的偏航控制方法，其包括：步骤一、根据获取到的风速和风向分别计算预设时长内的风速平均值和风向平均值，得到历史风速数据和历史风向数据，根据历史风速数据和历史风向数据预测下一时刻的风速数据和风向数据；步骤二、根据下一时刻的风速数据确定控制参数，并利用控制参数和风向数据对风力发电机组进行偏航控制。相较于传统偏航控制方法，本方法的偏航次数相对于传统控制策略有所提高，但提高的次数主要集中在中高风速区，因此功率损失系数显著减小。本方法能够有效减小中高风速区的偏航误差，从而减小了功率损失系数(即提高了风能的利用率)。

A yaw control method for wind turbines

A yaw control method for wind turbines includes: step 1, calculating the average wind speed and the average wind direction in the preset period according to the obtained wind speed and direction, obtaining the historical wind speed data and the historical wind direction data, and predicting the wind speed data at the next moment according to the historical wind speed data and the historical wind direction data. And wind direction data; Step 2, according to the next moment of wind speed data to determine the control parameters, and use the control parameters and wind direction data to control the yaw of the wind turbine. Compared with the traditional yaw control method, the yaw frequency of this method is higher than the traditional control strategy, but the increased frequency mainly concentrated in the middle and high wind speed region, so the power loss coefficient is significantly reduced. This method can effectively reduce the yaw error in the middle and high wind speed region, thereby reducing the power loss coefficient (that is, improving the utilization of wind energy).

【技术实现步骤摘要】
一种风力发电机组的偏航控制方法
本专利技术涉及风力发电
，具体地说，涉及一种风力发电机组的偏航控制方法。
技术介绍
当前，随着传统化石燃料的消耗殆尽和对能源需求的日益增大，人们越来越注重可再生的绿色清洁能源的开发和利用。风力发电作为绿色可再生能源的发电方式之一，受到各国工业和学术界的重视，风力发电技术日臻成熟，在可再生能源中成本相对较低，因此有着广阔的发展前景。偏航调节器是风力发电机组的对风调节装置，它使得风机的风轮轴线始终与风向一致，而调解器的控制精度对风力发电机组的发电性能具有显著的影响。现代大型风力发电机组是在偏航误差存在的前提下运行的。一方面，偏航误差的存在将导致风能获取量的降低，根据相关资料显示，偏航误差引起的年平均能量损失为2.7％，而当偏航误差为20°时，年损失量可达11％。另一方面，偏航误差的存在还会引起部件载荷的增加，这将导致偏航不稳从而引起发电机组震荡造成停机。随着现代风机叶片的逐渐增大，偏航调节器所带来的影响也逐渐凸显。相关资料显示偏航系统引起的故障率占12.5％，而由偏航故障所引起的故障停机时间占13.3％。因此，有必要对大型风力发电机组的主动偏航的控制装置和控制策略进行深入研究。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种风力发电机组的偏航控制方法，所述偏航控制方法包括：步骤一、根据获取到的风速和风向分别计算预设时长内的风速平均值和风向平均值，得到历史风速数据和历史风向数据，根据所述历史风速数据和历史风向数据预测下一时刻的风速数据和风向数据；步骤二、根据所述下一时刻的风速数据确定控制参数，并利用所述控制参数和风向数据对风力发电机组进行偏航控制。根据本专利技术的一个实施例，在所述步骤一中，所述预设时长为10s、30s或60s。根据本专利技术的一个实施例，在所述步骤一中，预测下一时刻的风速数据和风向数据的步骤包括：根据所述历史风速数据和历史风向数据对风矢量进行分解，得到历史风矢量横坐标数据和历史风矢量纵坐标数据；利用ARMA模型来根据所述历史风矢量横坐标数据和历史风矢量纵坐标数据确定下一时刻的风矢量横坐标数据和风矢量纵坐标数据；根据下一时刻的风矢量横坐标数据和风矢量纵坐标数据分别确定下一时刻的风速数据和风向数据。根据本专利技术的一个实施例，根据如下表达式对风矢量进行分解：其中，和分别表示t时刻的风矢量横坐标数据和风矢量纵坐标数据，表示风速数据，表示t时刻的风向数据。根据本专利技术的一个实施例，根据如下表达式确定下一时刻的风速数据：其中，表示t+1时刻的风速数据，和分别表示t+1时刻的风矢量横坐标数据和风矢量纵坐标数据。根据本专利技术的一个实施例，根据如下表达式确定下一时刻的风向数据：其中，表示t+1时刻的风向数据，和分别表示t+1时刻的风矢量横坐标数据和风矢量纵坐标数据。根据本专利技术的一个实施例，在所述步骤一中，预测下一时刻的风向数据的步骤包括：对所述历史风向数据进行圆形变量变换，得到历史风向数据的正弦值和余弦值；利用ARMA模型根据历史风向数据的正弦值和余弦值确定下一时刻的风向数据的正弦值和余弦值，并根据所述下一时刻的风向数据的正弦值和余弦值确定下一时刻的风向数据。根据本专利技术的一个实施例，根据如下表达式对所述历史风向数据进行圆形变量变换：其中，和分别表示t时刻的风向数据的正弦值和余弦值，表示t时刻的风向数据。根据本专利技术的一个实施例，根据如下表达式确定所述下一时刻的风向数据：其中，表示t+1时刻的风向数据，和分别表示t+1时刻的风向数据的正弦值和余弦值。根据本专利技术的一个实施例，在所述步骤一中，利用ARMA模型根据历史风向数据确定下一时刻的风向数据。根据本专利技术的一个实施例，在所述步骤一中，利用ARMA模型根据历史风速数据确定下一时刻的风速数据。根据本专利技术的一个实施例，确定下一时刻的风速数据的步骤包括：步骤a、对所述历史风速数据进行去趋势化处理，得到去趋势化风速数据；步骤b、根据所述去趋势化风速数据的自相关函数和偏自相关函数，确定拖尾截尾模式；步骤c、基于所述拖尾截尾模式，利用预设准则对所述ARMA模型进行定阶，确定自动回归阶数、滑动平均数阶数和差分阶数；步骤d、基于所述ARMA模型，利用所述自动回归阶数、滑动平均数阶数和差分阶数根据所述去趋势化风速数据计算下一时刻的风速数据。根据本专利技术的一个实施例，在所述步骤二中，确定所述下一时刻的风速数据所属风速区间，并根据所属风速区间确定所述控制参数。根据本专利技术的一个实施例，在所述步骤二中，如果所述下一时刻的风速数据小于预设切入风速，则控制风力发电机组处于停机状态。根据本专利技术的一个实施例，在所述步骤二中，如果所述下一时刻的风向数据大于或等于预设切出风速，则控制风力发电机组偏航至下风向位置并处于停机状态。根据本专利技术的一个实施例，在所述步骤二中，如果所述下一时刻的风速数据大于或等于预设切入风速且小于第一预设风速阈值，则保持所述控制参数为原始控制参数不变；且/或，如果所述下一时刻的风速数据大于或等于所述第一预设风速阈值且小于预设切出风速，则将所述原始控制参数减小特定值得到所需要的控制参数。根据本专利技术的一个实施例，在所述步骤二中，所述第一预设风速阈值与所述预设额定风速之间包括若干风速区间，其中，对于这些风速区间来说，其风速越大，风速区间所对应的控制参数则越小。根据本专利技术的一个实施例，在所述步骤二中，如果所述下一时刻的风速数据大于或等于预设额定风速且小于预设切出风速，则根据所述下一时刻的风向数据对所述风力发电机组进行偏航控制以使得所述风力发电机组的偏航误差处于预设误差范围内。相较于传统偏航控制方法，本专利技术所提供的偏航控制方法的偏航次数相对于传统控制策略有所提高，但提高的次数主要集中在中高风速区，因此功率损失系数显著减小。本专利技术所提供的分区的预测控制方法能够有效减小中高风速区的偏航误差，从而减小了功率损失系数(即提高了风能的利用率)。本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要的附图做简单的介绍：图1是带有主动偏航调节器的风力发电机组的结构示意图；图2是偏航系统驱动电机正转使得风力机机舱顺时针调向的示意图；图3是偏航系统驱动电机正转使得风力机机舱逆时针调向的示意图；图4是现有的偏航逻辑控制算法的实现流程示意图；图5～图7示出了南方某风电场的风速与风向之间的分布关系图；图8～图10是传统偏航控制策略下的实际运行结果示意图；图11是根据本专利技术一个实施例的风速独立预测方法的实现流程示意图；图12和图13根据本专利技术一个实施例的风速序列10s平均值的自相关函数和偏相关函数示意图；图14是根据本专利技术一个实施例的风速风向预测方法的实现流程示意图；图15是根据本专利技术一个实施例的风速风向预测方法的实现流程示意图；图16示出了本专利技术一个实施例的原始风向以及不同时长下的平均风向的示意图；图17示出了本专利技术一个实施例的原始风速以及不同时长下的平均风速的示意图；图18和图19分别示出了本专利技术一个实施例的不同预测方法所得到的10s风向预测结果和风本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风力发电机组的偏航控制方法，其特征在于，所述偏航控制方法包括：步骤一、根据获取到的风速和风向分别计算预设时长内的风速平均值和风向平均值，得到历史风速数据和历史风向数据，根据所述历史风速数据和历史风向数据预测下一时刻的风速数据和风向数据；步骤二、根据所述下一时刻的风速数据确定控制参数，并利用所述控制参数和风向数据对风力发电机组进行偏航控制。

【技术特征摘要】
1.一种风力发电机组的偏航控制方法，其特征在于，所述偏航控制方法包括：步骤一、根据获取到的风速和风向分别计算预设时长内的风速平均值和风向平均值，得到历史风速数据和历史风向数据，根据所述历史风速数据和历史风向数据预测下一时刻的风速数据和风向数据；步骤二、根据所述下一时刻的风速数据确定控制参数，并利用所述控制参数和风向数据对风力发电机组进行偏航控制。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤一中，所述预设时长为10s、30s或60s。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述步骤一中，预测下一时刻的风速数据和风向数据的步骤包括：根据所述历史风速数据和历史风向数据对风矢量进行分解，得到历史风矢量横坐标数据和历史风矢量纵坐标数据；利用ARMA模型来根据所述历史风矢量横坐标数据和历史风矢量纵坐标数据确定下一时刻的风矢量横坐标数据和风矢量纵坐标数据；根据下一时刻的风矢量横坐标数据和风矢量纵坐标数据分别确定下一时刻的风速数据和风向数据。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，根据如下表达式对风矢量进行分解：其中，和分别表示t时刻的风矢量横坐标数据和风矢量纵坐标数据，表示风速数据，表示t时刻的风向数据。5.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于，根据如下表达式确定下一时刻的风速数据：其中，表示t+1时刻的风速数据，和分别表示t+1时刻的风矢量横坐标数据和风矢量纵坐标数据。6.如权利要求3～5中任一项所述的方法，其特征在于，根据如下表达式确定下一时刻的风向数据：其中，表示t+1时刻的风向数据，和分别表示t+1时刻的风矢量横坐标数据和风矢量纵坐标数据。7.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述步骤一中，预测下一时刻的风向数据的步骤包括：对所述历史风向数据进行圆形变量变换，得到历史风向数据的正弦值和余弦值；利用ARMA模型根据历史风向数据的正弦值和余弦值确定下一时刻的风向数据的正弦值和余弦值，并根据所述下一时刻的风向数据的正弦值和余弦值确定下一时刻的风向数据。8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，根据如下表达式对所述历史风向数据进行圆形变量变换：其中，和分别表示t时刻的风向数据的正弦值和余弦值，表示t时刻的风向数据。9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，根据如下表达式确定所述下一时刻的风向数据：其中，表示t+1时刻的风向数据，...

【专利技术属性】
技术研发人员：董密，李力，宋冬然，田小雨，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43