一种通过监测风速对风电机组共振控制方法与流程

1.本发明涉及风力发电机技术领域，具体而言，本发明涉及一种通过监测风速对风电机组共振控制方法。


背景技术：

2.将风的动能转化成机械能，再将机械能转化为电能，这就是风力发电。风力发电的原理是利用风力带动风车叶片旋转，再利用增速机将旋转的速度提升，来实现发电机发电。目前的风力发电技术，每秒三米的微风速度(微风的程度))，是可发电的最低风速。风力发电不需要燃料，也不会对环境造成污染，因此风力发电在如今世界能源应用中形成了一股热潮。
3.风力发电机在使用过程中，因自然界的风向不定，若风向与风力发电机朝向不同则会影响发电效率，此外，风速与转速相同产生共振，在此状态下风力发电机会发生荷载疲劳，从而大大降低风力发电机的使用寿命，增加维修成本。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供了一种通过监测风速对风电机组共振控制方法，本发明所要解决的技术问题是：如何减小风力发电机组的振动值和疲劳载荷，保证风力发电机的使用寿命。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种通过监测风速对风电机组共振控制方法，包括风力发电组件、综合控制器、数据处理模块、数据采集模块、超声波风速传感器和温度传感器，所述风力发电组件包括发电机组、发电机偏航转向单元和发电机转速调节单元；其中包括以下具体控制步骤：
6.s1、初设置：在每组发电机组对应的综合控制器设定初始的共振转速设定值，并于数据处理模块内连接bp神经网络及其算法；
7.s2、风向监测：将超声波风速传感器布置在发电机组对应的塔筒顶部，利用超声波风速传感器的超声波时差法来实现风速的测量；声音在空气中的传播速度，会和风向上的气流速度叠加；若超声波的传播方向与风向相同，它的速度会加快；反之，若超声波的传播方向与风向相反，它的速度会变慢；因此，在固定的条件下，超声波在空气中传播的速度可以和风速函数对应；
8.s3、温度监测：将温度传感器布置在与超声波风速传感器同样高度对温度进行测量，考虑温度对超声波的影响；由于超声波在空气中传播时，它的速度受温度的影响很大；数据采集模块接收分别来自温度传感器和超声波风速传感器的监测数据，得到监测数据；
9.s4、数据处理：步骤s3中得到的监测数据定期传入数据处理模块，采用bp神经网络进行滤波处理，通过bp神经网络算法原理推算即可得到预估的风速和风向信息；
10.s5、控制调节：综合控制器接收步骤s4中得到的预估的风速和风向信息，并依此作为调节原始数据，将其与步骤s1中设置的初始共振转速设定值进行比对；
11.若预测数据中风速信息与初始共振转速设定值不相等且风向信息与当前发电机组风叶朝向相同，则综合控制器无控制信号传出，风力发电组件各项数据维持现状；
12.若预测数据中风速信息与初始共振转速设定值相等且风向信息与当前发电机组风叶朝向相同，则综合控制器向发电机转速调节单元发送调节信号，由发电机转速调节单元改变初始共振转速设定值，且发电机偏航转向单元数据维持现状；
13.若预测数据中风速信息与初始共振转速设定值相等且风向信息与当前发电机组风叶朝向不同，则综合控制器向发电机转速调节单元发送调节信号，由发电机转速调节单元改变初始共振转速设定值，从而改变风力发电机的发电机转速，且由综合控制器向发发电机偏航转向单元发送调节信号，将发电机组风叶朝向转向预测风向位置。
14.在一个优选的实施方式中，所述超声波风速传感器和温度传感器的输出端均设置为数据采集模块，所述数据采集模块输出端设置为数据处理模块，所述数据处理模块输出端设置为综合控制器，所述综合控制器输出端设置为发电机偏航转向单元和发电机转速调节单元，所述发电机偏航转向单元和发电机转速调节单元输出端均设置为发电机组，所述发电机组设置为风力发电机。
15.在一个优选的实施方式中，所述超声波风速传感器和温度传感器数量相等，且发电机组对应设置有多组传感器组，多组传感器组均匀分布于发电机组对应的塔筒顶部各角度位置，每组传感器组至少设置为三个超声波风速传感器和温度传感器。
16.在一个优选的实施方式中，所述步骤s4中的定期设定时长设置为15min。
17.在一个优选的实施方式中，所述步骤s4中的定期设定时长设置为60min。
18.在一个优选的实施方式中，所述步骤s4中的定期设定时长设置为180min。
19.在一个优选的实施方式中，所述步骤s1中的初始共振转速设定值设置为1500转/分。
20.在一个优选的实施方式中，所述步骤s5中发电机转速调节单元的单次转速调节值设置为
±
200转/分。
21.本发明的技术效果和优点：
22.本发明的超声波风速传感器是利用超声波时差法来实现风速的测量，将温度传感器布置在同样的高度对温度进行测量，考虑温度对超声波的影响，将传感器数据与数据采集模块相连，最后传入数据处理模块，采用bp神经网络进行滤波处理，通过算法推算即可得到预估的风速和风向，从而改变风力发电机的偏航位置和风力发电机的发电机转速，使得风力发电机组的发电机转速避开共振转速设定值，减小风力发电机组的振动值和疲劳载荷，从而延长风力发电机的使用寿命。
附图说明
23.图1为本发明的工作流程示意图。
24.图2为本发明的模块结构示意图。
25.附图标记为：1风力发电组件、11发电机组、12发电机偏航转向单元、13发电机转速调节单元、2综合控制器、3数据处理模块、4数据采集模块、5超声波风速传感器、6温度传感器。
具体实施方式
26.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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。
27.实施例1：
28.本发明提供了一种通过监测风速对风电机组共振控制方法，包括风力发电组件1、综合控制器2、数据处理模块3、数据采集模块4、超声波风速传感器5和温度传感器6，所述风力发电组件1包括发电机组11、发电机偏航转向单元12和发电机转速调节单元13，所述超声波风速传感器5和温度传感器6的输出端均设置为数据采集模块4，所述数据采集模块4输出端设置为数据处理模块3，所述数据处理模块3输出端设置为综合控制器2，所述综合控制器2输出端设置为发电机偏航转向单元12和发电机转速调节单元13，所述发电机偏航转向单元12和发电机转速调节单元13输出端均设置为发电机组11，所述发电机组11设置为风力发电机，所述超声波风速传感器5和温度传感器6数量相等，且发电机组11对应设置有多组传感器组，多组传感器组均匀分布于发电机组11对应的塔筒顶部各角度位置，每组传感器组至少设置为三个超声波风速传感器5和温度传感器6；其中包括以下具体控制步骤：
29.s1、初设置：在每组发电机组11对应的综合控制器2设定初始的共振转速设定值为1500转/分，并于数据处理模块3内连接bp神经网络及其算法；
30.s2、风向监测：将超声波风速传感器5布置在发电机组11对应的塔筒顶部，利用超声波风速传感器5的超声波时差法来实现风速的测量；声音在空气中的传播速度，会和风向上的气流速度叠加；若超声波的传播方向与风向相同，它的速度会加快；反之，若超声波的传播方向与风向相反，它的速度会变慢；因此，在固定的条件下，超声波在空气中传播的速度可以和风速的函数对应；
31.s3、温度监测：将温度传感器6布置在与超声波风速传感器5同样高度对温度进行测量，考虑温度对超声波的影响；由于超声波在空气中传播时，它的速度受温度的影响很大；数据采集模块4接收分别来自温度传感器6和超声波风速传感器5的监测数据，得到监测数据；
32.s4、数据处理：步骤s3中得到的监测数据以15min/次的时间间隔传入数据处理模块3，采用bp神经网络进行滤波处理，通过bp神经网络算法原理推算即可得到预估的风速和风向信息；
33.s5、控制调节：综合控制器2接收步骤s4中得到的预估的风速和风向信息，并依此作为调节原始数据，将其与步骤s1中设置的初始共振转速设定值进行比对；
34.若预测数据中风速信息与初始共振转速设定值不相等且风向信息与当前发电机组11风叶朝向相同，则综合控制器2无控制信号传出，风力发电组件1各项数据维持现状；
35.若预测数据中风速信息与初始共振转速设定值相等且风向信息与当前发电机组11风叶朝向相同，则综合控制器2向发电机转速调节单元13发送调节信号，由发电机转速调节单元13增加(降低)初始共振转速设定值至1700转/分(1300转/分)，且发电机偏航转向单元12数据维持现状；
36.若预测数据中风速信息与初始共振转速设定值相等且风向信息与当前发电机组
11风叶朝向不同，则综合控制器2向发电机转速调节单元13发送调节信号，由发电机转速调节单元13改变初始共振转速设定值，从而改变风力发电机的发电机转速，且由综合控制器2向发电机偏航转向单元12发送调节信号，将发电机组11风叶朝向转向预测风向位置。
37.实施例2：
38.本发明提供了一种通过监测风速对风电机组共振控制方法，包括风力发电组件1、综合控制器2、数据处理模块3、数据采集模块4、超声波风速传感器5和温度传感器6，所述风力发电组件1包括发电机组11、发电机偏航转向单元12和发电机转速调节单元13，所述超声波风速传感器5和温度传感器6的输出端均设置为数据采集模块4，所述数据采集模块4输出端设置为数据处理模块3，所述数据处理模块3输出端设置为综合控制器2，所述综合控制器2输出端设置为发电机偏航转向单元12和发电机转速调节单元13，所述发电机偏航转向单元12和发电机转速调节单元13输出端均设置为发电机组11，所述发电机组11设置为风力发电机，所述超声波风速传感器5和温度传感器6数量相等，且发电机组11对应设置有多组传感器组，多组传感器组均匀分布于发电机组11对应的塔筒顶部各角度位置，每组传感器组至少设置为三个超声波风速传感器5和温度传感器6；其中包括以下具体控制步骤：
39.s1、初设置：在每组发电机组11对应的综合控制器2设定初始的共振转速设定值为1500转/分，并于数据处理模块3内连接bp神经网络及其算法；
40.s2、风向监测：将超声波风速传感器5布置在发电机组11对应的塔筒顶部，利用超声波风速传感器5的超声波时差法来实现风速的测量；声音在空气中的传播速度，会和风向上的气流速度叠加；若超声波的传播方向与风向相同，它的速度会加快；反之，若超声波的传播方向与风向相反，它的速度会变慢；因此，在固定的条件下，超声波在空气中传播的速度可以和风速函数对应；
41.s3、温度监测：将温度传感器6布置在与超声波风速传感器5同样高度对温度进行测量，考虑温度对超声波的影响；由于超声波在空气中传播时，它的速度受温度的影响很大；数据采集模块4接收分别来自温度传感器6和超声波风速传感器5的监测数据，得到监测数据；
42.s4、数据处理：步骤s3中得到的监测数据以60min/次的时间间隔传入数据处理模块3，采用bp神经网络进行滤波处理，通过bp神经网络算法原理推算即可得到预估的风速和风向信息；
43.s5、控制调节：综合控制器2接收步骤s4中得到的预估的风速和风向信息，并依此作为调节原始数据，将其与步骤s1中设置的初始共振转速设定值进行比对；
44.若预测数据中风速信息与初始共振转速设定值不相等且风向信息与当前发电机组11风叶朝向相同，则综合控制器2无控制信号传出，风力发电组件1各项数据维持现状；
45.若预测数据中风速信息与初始共振转速设定值相等且风向信息与当前发电机组11风叶朝向相同，则综合控制器2向发电机转速调节单元13发送调节信号，由发电机转速调节单元13增加(降低)初始共振转速设定值至1700转/分(1300转/分)，且发电机偏航转向单元12数据维持现状；
46.若预测数据中风速信息与初始共振转速设定值相等且风向信息与当前发电机组11风叶朝向不同，则综合控制器2向发电机转速调节单元13发送调节信号，由发电机转速调节单元13改变初始共振转速设定值，从而改变风力发电机的发电机转速，且由综合控制器2
向发电机偏航转向单元12发送调节信号，将发电机组11风叶朝向转向预测风向位置。
47.实施例3：
48.本发明提供了一种通过监测风速对风电机组共振控制方法，包括风力发电组件1、综合控制器2、数据处理模块3、数据采集模块4、超声波风速传感器5和温度传感器6，所述风力发电组件1包括发电机组11、发电机偏航转向单元12和发电机转速调节单元13，所述超声波风速传感器5和温度传感器6的输出端均设置为数据采集模块4，所述数据采集模块4输出端设置为数据处理模块3，所述数据处理模块3输出端设置为综合控制器2，所述综合控制器2输出端设置为发电机偏航转向单元12和发电机转速调节单元13，所述发电机偏航转向单元12和发电机转速调节单元13输出端均设置为发电机组11，所述发电机组11设置为风力发电机，所述超声波风速传感器5和温度传感器6数量相等，且发电机组11对应设置有多组传感器组，多组传感器组均匀分布于发电机组11对应的塔筒顶部各角度位置，每组传感器组至少设置为三个超声波风速传感器5和温度传感器6；其中包括以下具体控制步骤：
49.s1、初设置：在每组发电机组11对应的综合控制器2设定初始的共振转速设定值为1500转/分，并于数据处理模块3内连接bp神经网络及其算法；
50.s2、风向监测：将超声波风速传感器5布置在发电机组11对应的塔筒顶部，利用超声波风速传感器5的超声波时差法来实现风速的测量；声音在空气中的传播速度，会和风向上的气流速度叠加；若超声波的传播方向与风向相同，它的速度会加快；反之，若超声波的传播方向与风向相反，它的速度会变慢；因此，在固定的条件下，超声波在空气中传播的速度可以和风速函数对应；
51.s3、温度监测：将温度传感器6布置在与超声波风速传感器5同样高度对温度进行测量，考虑温度对超声波的影响；由于超声波在空气中传播时，它的速度受温度的影响很大；数据采集模块4接收分别来自温度传感器6和超声波风速传感器5的监测数据，得到监测数据；
52.s4、数据处理：步骤s3中得到的监测数据以180min/次的时间间隔传入数据处理模块3，采用bp神经网络进行滤波处理，通过bp神经网络算法原理推算即可得到预估的风速和风向信息；
53.s5、控制调节：综合控制器2接收步骤s4中得到的预估的风速和风向信息，并依此作为调节原始数据，将其与步骤s1中设置的初始共振转速设定值进行比对；
54.若预测数据中风速信息与初始共振转速设定值不相等且风向信息与当前发电机组11风叶朝向相同，则综合控制器2无控制信号传出，风力发电组件1各项数据维持现状；
55.若预测数据中风速信息与初始共振转速设定值相等且风向信息与当前发电机组11风叶朝向相同，则综合控制器2向发电机转速调节单元13发送调节信号，由发电机转速调节单元13增加(降低)初始共振转速设定值至1700转/分(1300转/分)，且发电机偏航转向单元12数据维持现状；
56.若预测数据中风速信息与初始共振转速设定值相等且风向信息与当前发电机组11风叶朝向不同，则综合控制器2向发电机转速调节单元13发送调节信号，由发电机转速调节单元13改变初始共振转速设定值，从而改变风力发电机的发电机转速，且由综合控制器2向发电机偏航转向单元12发送调节信号，将发电机组11风叶朝向转向预测风向位置。
57.实施例4：
58.分别取上述实施例1～3中的方法对风力发电机进行控制并添加现有技术中的常规风力发电机作为对比例，跟踪调查维修及检测信息3年，得到以下数据：
[0059][0060][0061]
由上表可知，实施例2中的方法对风力发电机进行控制，使风力发电机出现故障的概率小且相对发电量高，且使用过程中配件功能完善，各项功能均能正常使用，保持良好的使用寿命。
[0062]
最后应说明的几点是：首先，在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变，则相对位置关系可能发生改变；
[0063]
其次：本发明公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计，在不冲突情况下，本发明同一实施例及不同实施例可以相互组合；
[0064]
最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。