风力发电机组防甩冰控制方法及其系统及计算机可读存储介质与流程

1.本发明实施例涉及风电技术领域，尤其涉及一种风力发电机组防甩冰控制方法及其系统及计算机可读存储介质。


背景技术：

2.随着煤炭、石油等能源的逐渐枯竭，人类越来越重视可再生能源的利用。风能作为一种清洁的可再生能源越来越受到世界各国的重视。对于缺水、缺燃料和交通不便的沿海岛屿、草原牧区、山区和高原地带，因地制宜地利用风力发电，非常适合，大有可为。风力发电是指利用风力发电机组把风的动能转换为电能。
3.当今风力发电机组的使用越来越广，机型也越来越多，使用的风电场分布也各种各样。由于山区的风资源丰富，因此，山地风电场越来越受到广大风机用户的青睐。为尽可能地利用山区的风资源优势，用户对风机机位的需求量逐渐增大。但是，冬天山区的结冰期对风力发电机组是不小的考验，而且，其中有些风机机位之间的距离过于靠近，也增大了结冰时叶片甩冰可能会危害到其他风力发电机组的风险。
4.通常，风力发电机组的结冰控制是根据风速和功率表的对应关系，在某个风速下理论应该发的功率值和实际的功率值进行比较，如果实际功率值和理论功率值之间的功率偏差超过一定的允许值，则判定风力发电机组处于结冰状态。当风力发电机组处于结冰状态时，则控制风力发电机组停机。然而，现有的这种结冰控制并没有针对特殊地形，例如两个风力发电机组离得比较近的时候，如果风力发电机组已经结冰，但是因为功率偏差的判定没有达到停机工况，而继续进行原来的运行状态，则势必会存在对相邻风力发电机组造成甩冰损伤的危险。


技术实现要素：

5.本发明实施例的目的在于提供一种风力发电机组防甩冰控制方法及其系统及计算机可读存储介质，能够有效地降低相邻风力发电机组之间的甩冰风险。
6.本发明实施例的一个方面提供一种风力发电机组防甩冰控制方法。所述控制方法包括：确定风电场中相互存在甩冰风险的风力发电机组，所述相互存在甩冰风险的风力发电机组包括甩冰机组和受甩冰机组；在所述相互存在甩冰风险的风力发电机组中，确定甩冰机组至受甩冰机组的甩冰扇区；采集设置于所述风电场中的结冰传感器的信息；在基于所述结冰传感器的信息判定结冰时，将所述结冰传感器探测到的结冰信息共享至所述风电场中的各个风力发电机组；以及当所述甩冰机组的机舱位置进入到所述甩冰扇区时，基于所述结冰信息来控制所述甩冰机组进入扇区防甩冰管理模式。
7.本发明实施例的另一个方面还提供一种风力发电机组防甩冰控制装置。所述控制装置包括一个或多个处理器，用于实现如上各个实施例所述的风力发电机组防甩冰控制方法。
8.本发明实施例的又一个方面还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时，实现如上各个实施例所述的风力发电机组防甩冰控制方法。
9.本发明一个或多个实施例的风力发电机组防甩冰控制方法及其系统及计算机可读存储介质可以将相邻的两台具有危险距离机位的风力发电机组的甩冰受到的损害的可能性降低到最低；更加精细地衡量了结冰状态，通过精细化控制，保证了风力发电机组结冰时的发电量，减少无谓的损失。
10.本发明一个或多个实施例的风力发电机组防甩冰控制方法及其系统及计算机可读存储介质通过在风电场中设置的结冰传感器，利用场控的方式，实现了结冰信息在整个风电场中的所有风力发电机组之间的共享，技术新颖，更节省了结冰传感器的采购数量，更加经济、节省成本。
附图说明
11.图1为一种风力发电机组的示意图；
12.图2为本发明一个实施例的风力发电机组防甩冰控制方法的流程图；
13.图3为本发明一个实施例的基于甩冰机组和受甩冰机组的地理位置信息来确定甩冰机组至受甩冰机组的甩冰扇区的示意图；
14.图4为本发明一个实施例的基于单个结冰传感器探测到的结冰信息通过场控的方式进行信息共享的示意图；
15.图5为将风力发电机组进行对北操作的示意图；
16.图6为本发明一个实施例的基于结冰信息来控制甩冰机组进入扇区防甩冰管理模式的具体步骤；
17.图7为本发明一个实施例的风力发电机组防甩冰控制装置的示意性框图。
具体实施方式
18.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施例并不代表与本发明相一致的所有实施例。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置的例子。
19.在本发明实施例使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。除非另作定义，本发明实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“多个”或者“若干”表示两个及两个以上。除非另行指出，“前部”、“后部”、“下部”和/或“上部”等类似词语只是为了便于说明，而并非限于一个位置或者一种空间定向。“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而且可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、
“
所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
20.图1揭示了一种风力发电机组100的立体示意图。如图1所示，风力发电机组100包括多个叶片101、机舱102、轮毂103及塔筒104。塔筒104从基础(未图示)向上延伸，机舱102安装在塔筒104的顶端，轮毂103安装在机舱102的一端，多个叶片101安装在轮毂103上。
21.图2揭示了本发明一个实施例的风力发电机组防甩冰控制方法的流程图。如图2所示，本发明一个实施例的风力发电机组防甩冰控制方法可以包括步骤s1至步骤s7。
22.在步骤s1中，确定风电场中相互存在甩冰风险的风力发电机组100，其中，相互存在甩冰风险的风力发电机组100包括具有甩冰风险的风力发电机组(简称为“甩冰机组”)和具有受甩冰风险的风力发电机组(简称为“受甩冰机组”)。
23.所谓“甩冰机组”是指可能会存在甩冰伤害其他风力发电机组而不会受到其他风力发电机组伤害的风力发电机组，所谓“受甩冰机组”是指只会受到其他风力发电机组甩冰伤害而不会甩冰伤害其他风力发电机组的风力发电机组。
24.当然，在整个风电场中，也会存在某台风力发电机组100既可能是甩冰机组又可能是受甩冰机组的情况。
25.在一些实施例中，可以基于风电场中相邻风力发电机组100的叶片甩冰距离及相邻风力发电机组100的轮毂之间的距离来确定相邻风力发电机组100是否存在甩冰风险。
26.叶片甩冰距离与风力发电机组100的叶轮直径、轮毂高度以及相邻风力发电机组100之间的海拔落差有关。其中，当高甩低判断时，需要考虑相邻风力发电机组100之间的海拔落差。叶片甩冰距离可以基于位于高位的风力发电机组100的叶轮直径和轮毂高度以及位于高位的风力发电机组100与位于低位的风力发电机组100之间的海拔落差确定，其计算公式如下所示：
27.s
ij，i＜j
＝1.5
×
(d
i
h
i
h
ij
)
ꢀꢀ
(1)
28.其中，i、j分别为位于高位和位于低位的相邻风力发电机组100的序号，s
ij
为相邻风力发电机组100的叶片甩冰距离，d
i
为位于高位的风力发电机组100的叶轮直径，h
i
为位于高位的风力发电机组100的轮毂高度，h
ij
为位于高位的风力发电机组100与位于低位的风力发电机组100之间的海拔落差。
29.当低甩高判断时，则无需考虑相邻风力发电机组100之间的海拔落差。叶片甩冰距离可以基于位于低位的风力发电机组100的叶轮直径和轮毂高度确定，其计算公式如下所示：
30.s
ij，i＜j
＝1.5
×
(d
j
h
j
)
ꢀꢀ
(2)
31.其中，d
j
为位于低位的风力发电机组100的叶轮直径，h
j
为位于低位的风力发电机组100的轮毂高度。
32.相邻风力发电机组100的轮毂之间的距离可以根据如下公式计算得出：
33.l
ij，i＜j
＝getdistance(lat1，lon1，lat2，lon2)
ꢀꢀ
(3)
34.其中，l
ij，i＜j
为相邻风力发电机组100的轮毂之间的距离，lat1和lon1为位于高位的风力发电机组100的地理位置信息(例如纬度和经度)，lat2和lon2为位于低位的风力发电机组100的地理位置信息(例如纬度和经度)。
35.当相邻风力发电机组100的轮毂之间的距离l
ij，i＜j
小于或等于相邻风力发电机组
100的叶片甩冰距离s
ij，i＜j
，例如以下公式所示：
36.l
ij，i＜j
＜＝s
ij，i＜j
ꢀꢀ
(4)
37.则可以确定相邻风力发电机组100之间存在甩冰风险。
38.当相邻风力发电机组100的轮毂之间的距离l
ij，i＜j
大于相邻风力发电机组100的叶片甩冰距离s
ij，i＜j
时，则可以认为相邻风力发电机组100之间不会存在甩冰风险。
39.例如，可以将风电场中所有风力发电机组100的地理位置信息(经纬度)、海拔、风轮直径及轮毂高度等信息输入到各个风力发电机组100的主控制器中，则各个风力发电机组100的主控制器可以根据内部存储的程序自动进行计算，确定出相互存在甩冰风险的风力发电机组100，即确定出甩冰机组及可能会受到该甩冰机组甩冰风险的相邻受甩冰机组。
40.在步骤s2中，在相互存在甩冰风险的风力发电机组100中，确定甩冰机组至受甩冰机组的甩冰扇区。
41.可以基于甩冰机组和受甩冰机组的地理位置信息来确定甩冰机组至受甩冰机组的甩冰扇区。当两台相邻的风力发电机组100的地理位置信息确定后，其是否具有甩冰风险的可能也就相应地确定下来，随即甩冰扇区的区域也就可以确定下来。
42.图3揭示了本发明一个实施例的基于甩冰机组和受甩冰机组的地理位置信息来确定甩冰机组至受甩冰机组的甩冰扇区的示意图。如图3所示，在一个实施例中，可以风力发电机组100的塔筒为中心，以叶轮为半径，风力发电机组100偏航一圈在空间中画出一个圆。圆的轨迹即为风力发电机组100的偏航作业区域。例如，在图3中，a号风力发电机组100为甩冰机组，b号风力发电机组100为受甩冰机组。甩冰机组a偏航一圈所在的圆的圆心为o，受甩冰机组b偏航一圈所在的圆的圆心为o
′
。从甩冰机组a偏航一圈所在的圆的圆心o分别作出至受甩冰机组b偏航一圈所在的圆的两条切线，例如第一切线om和第二切线on，其中，第一切线om和第二切线on之间的夹角∠mon所在的范围(α,α ∠mon)即为甩冰扇区的角度区间。可以根据甩冰机组a和受甩冰机组b的地理位置信息来计算第一切线om和第二切线on之间的夹角∠mon所在的范围(α,α ∠mon)。
43.返回继续参照图2所示，在步骤s3中，采集设置于风电场中的结冰传感器105的信息。
44.在一些实施例中，结冰传感器包括单个结冰传感器105(如图4所示)。该单个结冰传感器105可以设置于风电场中特定位置的某单台风力发电机组100(例如s号风力发电机组)上。该特定位置的单台风力发电机组需要具有一定的代表性，可以大体反映风电场的整体情况。例如，可以将单个结冰传感器105设置于风电场中处于中心位置的风力发电机组100上。
45.在步骤s4中，基于结冰传感器105的信息判断是否结冰。当步骤s4中判断的结果为否的情况下，则过程进入到步骤s5。当步骤s4中判断的结果为是的情况下，则过程继续前进到步骤s6。
46.结冰传感器105探测到的结冰信息例如可以包括但不限于结冰状态、结冰速率、结冰厚度、结冰方向等信息。
47.在步骤s5中，在基于结冰传感器105的信息判定没有结冰时，则风力发电机组100可以继续正常运行。
48.在步骤s6中，在基于结冰传感器105的信息判定结冰时，则将结冰传感器105探测
到的结冰信息共享至风电场中的各个风力发电机组100。
49.图4揭示了本发明一个实施例的基于单个结冰传感器105探测到的结冰信息通过场控的方式进行信息共享的示意图。如图4所示，可以将单个结冰传感器105设置于某单台风力发电机组100(例如，s号风力发电机组)上。当设置于s号风力发电机组上的单个结冰传感器105探测到该s号风力发电机组结冰时，该结冰传感器105可以将探测到的结冰信息传给所在的该s号风力发电机组的主控制器106，然后，由主控制器106将结冰信息传递给场控制器300，再由场控制器300将结冰信息分配给风电场中未安装有结冰传感器105的其他风力发电机组100，例如1号风力发电机组至s
‑
1号风力发电机组及s 1号风力发电机组至n号风力发电机组。从而，可以让风电场中所有其他未安装有结冰传感器105的风力发电机组100都能获得有效的结冰信息，进而方便所有的关联风力发电机组100能够作出有效的判定和后续采取相应的控制措施。
50.返回继续参照图2所示，在步骤s7中，当甩冰机组的机舱位置进入到步骤s2中所确定的甩冰扇区时，则可以基于步骤s6中获取的结冰信息来控制甩冰机组进入扇区防甩冰管理模式。
51.步骤s7可以进一步包括步骤s71至步骤s73。在步骤s71中，监测各个风力发电机组100的机舱位置。由于每台风力发电机组100在安装的时候，其顺缆位置是随机的，因此，需要对每台风力发电机组100的机头指向(即机舱位置)进行对北操作，从而可以将每台风力发电机组100的机舱位置统一于相同的地理坐标内，如图5所示。
52.由各个风力发电机组100的偏航编码器监测各自的扭缆位置gyawtwistposition，然后，将各个风力发电机组100进行对北操作，将各个风力发电机组100的扭缆位置gyawtwistposition转换为各个风力发电机组100的绝对偏航位置gyawpositon，其中，
53.gyawtwistposition∈(
‑
y
°
, y
°
)。并且，0
°
方向随机，其中y是超过10000的正整数；
54.gyawpositon∈(0
°
,360
°
)。并且，0
°
正对北方。
55.其中，风力发电机组100的机舱位置即为绝对偏航位置。
56.返回参照图2，对于甩冰机组来说，实时监测其机舱位置。在步骤s72中，判断甩冰机组的机舱位置是否进入到甩冰扇区。即，判断甩冰机组的机舱位置是否进入到图3所示的甩冰扇区的角度区间(α,α ∠mon)内。
57.当判断的结果为是的情况下，则过程前进到步骤s73。当判断的结果为否的情况下，则过程进入到步骤s5，甩冰机组可以继续正常运行。
58.在步骤s73中，当甩冰机组的机舱位置进入到甩冰扇区，即甩冰机组的机舱位置位于图3所示的甩冰扇区的角度区间(α,α ∠mon)内时，则可以基于步骤s6中获取到的结冰信息来控制甩冰机组进入扇区防甩冰管理模式。
59.图6揭示了本发明一个实施例的基于结冰信息来控制甩冰机组进入扇区防甩冰管理模式的具体步骤。如图6所示，在一些实施例中，步骤s73中的基于结冰信息来控制甩冰机组进入扇区防甩冰管理模式可以包括步骤s731至步骤s735。
60.在步骤s731中，结冰信息包括结冰厚度，可以监测结冰厚度。
61.在步骤s732中，判断结冰厚度是否小于预定的结冰厚度上限giniticethicknesshighlim。
62.在步骤s732中的判断结果为否的情况下，则过程前进到步骤s733。在步骤s733中，当结冰厚度超过预定的结冰厚度上限giniticethicknesshighlim时，则控制甩冰机组进行停机操作。
63.在一些实施例中，在步骤s732中的判断结果为是的情况下，则过程可以继续前进到步骤s734。在步骤s734中，当结冰厚度小于结冰厚度上限giniticethicknesshighlim时，则继续判断结冰厚度是否大于预定的结冰厚度下限giniticethicknesslowlim。当判断的结果为否的情况下，即结冰厚度没有达到预定的结冰厚度下限giniticethicknesslowlim时，则过程将继续返回到步骤s5中，可以控制甩冰机组继续正常运行。
64.当步骤s734中的判断结果为是的情况下，即在结冰厚度小于预定的结冰厚度上限giniticethicknesshighlim，大于预定的结冰厚度下限giniticethicknesslowlim时，则可以控制甩冰机组进行降功率操作。例如，可以将甩冰机组的功率降至原来的30％。
65.本发明实施例的控制甩冰机组进入扇区防甩冰管理模式还可以进一步包括步骤s736和步骤s737。
66.由于风力发电机组100的偏航一直自动运行，因此，在甩冰机组执行步骤s733的停机操作或步骤s735的降功率操作之后，可以持续监控甩冰机组的机舱位置。在步骤s736中，持续地监测甩冰机组的机舱位置是否退出甩冰扇区。如果判断的结果为否的情况下，则对甩冰机组继续执行扇区防甩冰管理模式，过程继续返回到步骤s733的停机操作或步骤s735的降功率操作。如果判断的结果为是的情况下，则过程进入到步骤s737。在步骤s737中，当风向的变化使得甩冰机组的机舱位置偏航转动出甩冰扇区的角度区间(α,α ∠mon)内时，则自动控制甩冰机组退出扇区防甩冰管理模式。
67.当然，在甩冰机组执行步骤s733的停机操作或步骤s735的降功率操作之后，如果监测到的结冰厚度小于结冰厚度下限giniticethicknesslowlim时，则也可以自动控制甩冰机组退出扇区防甩冰管理模式。
68.在甩冰机组退出扇区防甩冰管理模式之后，甩冰机组可以正常进行自动对风。甩冰机组可以由降功率模式或停机状态转换至全功率运行模式，甩冰机组继续正常运行。
69.因为扇区防甩冰管理模式控制结冰状态后的偏航动作，而实际功率与理论应发的功率之间的功率偏差也是因为结冰后对风力发电机组100的影响。所以，本发明实施例的风力发电机组防甩冰控制方法还可以进一步包括：在基于结冰传感器105的信息判定结冰而功率偏差超过预定值的故障码未报出时，则在甩冰机组的机舱位置进入到甩冰扇区时控制甩冰机组执行扇区防甩冰管理模式；当功率偏差超过预定值的故障码报出时，则控制甩冰机组优先执行功率偏差超过预定值的停机等级。
70.本发明一个或多个实施例的风力发电机组防甩冰控制方法可以将相邻的两台具有危险距离机位的风力发电机组100的甩冰受到的损害的可能性降低到最低；更加精细地衡量了结冰状态，通过精细化控制，保证了风力发电机组100结冰时的发电量，减少无谓的损失。
71.本发明一个或多个实施例的风力发电机组防甩冰控制方法通过在风电场中设置的结冰传感器105(例如在某单台风力发电机组安装单个结冰传感器105)，利用场控的方式，实现了结冰信息在整个风电场中的所有风力发电机组100之间的共享，技术新颖，更节省了结冰传感器的采购数量，更加经济、节省成本。
72.本发明实施例还提供了一种风力发电机组防甩冰控制装置200。图7揭示了本发明一个实施例的风力发电机组防甩冰控制装置200的示意性框图。如图7所示，风力发电机组防甩冰控制装置200可以包括一个或多个处理器201，用于实现上面任一实施例所述的风力发电机组防甩冰控制方法。在一些实施例中，风力发电机组防甩冰控制装置200可以包括计算机可读存储介质202，计算机可读存储介质202可以存储有可被处理器201调用的程序，可以包括非易失性存储介质。在一些实施例中，风力发电机组防甩冰控制装置200可以包括内存203和接口204。在一些实施例中，本发明实施例的风力发电机组防甩冰控制装置200还可以根据实际应用包括其他硬件。
73.本发明实施例的风力发电机组防甩冰控制装置200具有与上面所述的风力发电机组防甩冰控制方法相类似的有益技术效果，故，在此不再赘述。
74.本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质。计算机可读存储介质上存储有程序，该程序被处理器执行时，实现上面任一实施例所述的风力发电机组防甩冰控制方法。
75.本发明实施例可采用在一个或多个其中包含有程序代码的存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd
‑
rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。计算机可读存储介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体，可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机可读存储介质的例子包括但不限于：相变存储器/阻变存储器/磁存储器/铁电存储器(pram/rram/mram/feram)等新型存储器、静态随机存取存储器(sram)、动态随机存取存储器(dram)、其他类型的随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(cd
‑
rom)、数字多功能光盘(dvd)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。
76.以上对本发明实施例所提供的风力发电机组防甩冰控制方法及其系统及计算机可读存储介质进行了详细的介绍。本文中应用了具体个例对本发明实施例的风力发电机组防甩冰控制方法及其系统及计算机可读存储介质进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想，并不用以限制本发明。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也均应落入本发明所附权利要求书的保护范围内。