基于激光雷达测风的风电机组智能控制系统及方法与流程

本发明涉及风力发电技术领域，特别是涉及一种基于激光雷达测风的风电机组智能控制系统及方法。

背景技术：

在传统风电机组上仅配备风速风向仪作为测风设备，由于风轮旋转造成的旋流和扰流影响，风速风向仪测得的风速受到强烈的干扰，无法作为风况信息的准确参考，风向测量值也同样是飘忽不定的，因此仅可以作为监控变量使用，无法作为控制变量使用。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种基于激光雷达测风的风电机组智能控制系统及方法，根据测量风速在原有后馈控制的基础上增加一个前馈控制通道，控制机组提前进行动作，降低机组的过渡响应，减小风电机组叶片及塔筒的疲劳载荷，同时增加发电量。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于激光雷达测风的风电机组智能控制方法，所述方法包括：通过安装在机舱上的测风设备，测量风电机组轮毂中心高度处前方至少50米处的风速及风向；根据测量得到的风速及风向计算需要改变的桨距角，并通过前馈控制通道，根据所述桨距角提前进行变桨动作。

在一些实施方式中，所述测风设备包括：激光雷达测风设备。

在一些实施方式中，所述激光雷达测风设备测量风电机组轮毂中心高度处前方100米的风速。

在一些实施方式中，还包括：根据所述风电机组的实测转速与额定转速之间的差值，通过后馈控制通道，输出补偿桨距角。

在一些实施方式中，根据测量得到的风速及风向计算需要改变的桨距角，包括：根据测量得到的风速，以及风速到达风轮平面的时间，计算风速到达前置平面的时间；如果风速到达了前置平面，根据到达前置平面风速，计算第一桨距角；根据到达风轮平面的风速值，计算第二桨距角；根据第一桨距角及第二桨距角，计算当前需要补偿的桨距角；将当前需要补偿的桨距角与所述后馈控制通道原有输出的补偿桨距角叠加，输出桨距角需求值。

在一些实施方式中，所述前置平面与所述风轮平面平行，并处于所述风轮平面前方至少50米处。

在一些实施方式中，还包括：根据到达所述前置平面的风向，计算辅助偏航角，并通过修正偏航控制通道进行偏航控制。

此外，本发明还提供了一种基于激光雷达测风的风电机组智能控制系统，所述系统包括：测风设备，安装在机舱上，用于测量风电机组轮毂中心高度处前方至少50米处的风速及风向；前馈控制器，用于根据测量得到的风速及风向计算需要改变的桨距角，并通过前馈控制通道，根据所述桨距角提前进行变桨动作。

在一些实施方式中，所述测风设备包括：激光雷达测风设备。

在一些实施方式中，所述激光雷达测风设备测量风电机组轮毂中心高度处前方100米的风速。

采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：

通过安装在机组上的激光雷达测风设备测量风电机组轮毂中心高度处前方的风速，将测量结果反馈给控制系统。在控制系统原有后馈控制的基础上增加一个前馈控制通道，输入为激光雷达实测的风速，通过此风速计算需要改变的桨距角及偏航角，并控制机组提前进行动作。

附图说明

上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明提供的基于激光雷达测风的风电机组智能控制系统的结构图；

图2是本发明提供的基于激光雷达测风的风电机组智能控制方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

图1示出了本发明提供的基于激光雷达测风的风电机组智能控制系统。参见图1，所述系统包括：风电机组及激光雷达测风设备。在风电机组与激光雷达测风设备之间，配备有前馈控制及反馈控制。

机载激光雷达测风设备相对于传统的风速风向仪，具有以下的明显优点：不会受到风轮旋转造成的旋流和扰流影响。采用机载激光雷达设备测量风轮前方远距离的风速和风向，使得风电机组提前几秒预知风况信息，这种测量方式从本质上解决了原有测风设备的缺陷，为优化控制系统提供了条件。

本发明提出了一种基于激光雷达测风的风电机组智能控制系统，包含变桨控制技术及偏航控制技术，可使风电机组提前几秒预知风况信息，采用辅助变桨控制和偏航控制，优化机组控制，通过这种控制方式变相提高了机组变桨系统及偏航系统的响应速度，从本质上解决了原有控制技术的缺陷既降低了风电机组叶片及塔筒的疲劳载荷，又增加了发电量。

本发明的工作原理是通过安装在机舱上的激光雷达测风设备测量风电机组轮毂中心高度处前方100m的风速，将测量结果反馈给控制系统，在控制系统原有后馈变桨控制的基础上增加一个前馈辅助变桨控制通道，该控制通道的输入为激光雷达设备实测的风速，控制系统通过此风速计算需要改变的桨距角，并控制机组提前进行变桨动作；同理在控制系统原有后馈偏航控制的基础上增加一个修正偏航控制通道，确保机组精确对风。

基于激光雷达测风的风电机组智能控制方法的逻辑如图一所示：根据测量得到的轮毂中心高度处前方100m的风速计算该风速到达风轮平面的时间，并将该风速和时间放入缓存池中，通过时间可判断该风速何时到达风轮平面及前置平面(一个与风轮平面平行的参考平面)，当风速到达前置平面时，控制系统根据该风速计算所需要的辅助桨距角，根据该风速计算所需要的辅助偏航角。

例如，当前风电机组轮毂中心高度处前方100m的风速为v1＝10m/s，通过激光雷达设备测得此风速，并反馈给风电机组的控制系统，控制系统会记录这个10m/s的风速，并计算该风速到达风轮平面的时间为10s。在具体控制时控制系统会根据该时间计算该风速到达前置平面的时间，如果发现该风速到达了前置平面，控制系统会根据此风速值及计算的方向，计算桨距角β1及辅助偏航角，并根据此刻到达风轮平面的风速值v2计算桨距角β2，再根据β1，β2计算当前需要补偿的桨距角，并与原有的后馈变桨控制叠加输出一个桨距角需求值。

本发明的特点是，通过安装在机组上的激光雷达测风设备测量风电机组轮毂中心高度处前方100m的风速，根据测量风速在原有后馈控制的基础上增加一个前馈控制通道，控制机组提前进行动作，降低机组的过渡响应，减小风电机组叶片及塔筒的疲劳载荷，同时增加发电量。

本发明的设置，测量激光雷达测量风电机组轮毂中心高度处前方100m的风速并反馈给控制系统。在实际应用时叠加转速-桨距角控制回路输出的桨距角一同控制风电机组变桨。采用这种控制方式变相提高了机组变桨系统的响应速度，同时降低了风电机组叶片及塔筒的疲劳载荷。在实际应用时通过计算辅助偏航角控制风电机组精确偏航，增加发电量。

图2示出了本发明提供的基于激光雷达测风的风电机组智能控制方法的流程图。参见图2，本发明提供的基于激光雷达测风的风电机组智能控制方法包括：

s21，通过安装在机舱上的测风设备，测量风电机组轮毂中心高度处前方至少50米处的风速及风向。

s22，根据测量得到的风速及风向计算需要改变的桨距角，并通过前馈控制通道，根据所述桨距角提前进行变桨动作。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。