风力发电机组的控制方法、控制器及风力发电机组与流程

本公开总体说来涉及风力发电，更具体地讲，涉及一种风力发电机组的控制方法、控制器及风力发电机组。

背景技术：

1、随着风电行业的快速发展，对于一些风能资源贫乏区而言，其中的山区的风能资源依然具有一定的开发价值。另一方面，山区多为电网薄弱地区，兴建山区风电场，将带动山区电力和交通建设。此外，在山区开发风力发电，具有占地问题相对简单等优势。

2、然而，风资源的分布具有区域性，山区地表任意不规则的地形均会改变风的流态。低空风除受大型天气系统影响之外，更受地形作用、热力作用的影响。山区风成因可归纳为以下几点。第一、山脊、山谷对流风，即在山脉地区存在的热循环系统。山谷风是由于山地附近山坡与周围空气受热不同造成的。白天山坡接受太阳能热多，被加热的暖空气不断上升，而谷底上空相对较冷的空气则下沉补充，形成山谷风环流。晚间山坡温降快，于是又形成了相反的环流。第二、当气流越过山脊时，气流被压缩并加速，称为伯努利效应。相对于风来说，山脊的展宽很长，当山脊走向与风向垂直时，过山脊时风速的理论提高量约为山脊前风速的2倍。第三、气流经过孤立的山峰时，受到山峰的阻挡，由于孤峰山体较小，气流向山峰两侧绕流，形成气流加速，称为绕流效应。第四、当气流经过迎风向山脊的哑口时，哑口两侧的气流受山脊的阻挡，气流向哑口运动，增加了哑口气流量，从而使风速增加，称为哑口效应。第五、当气流由开阔地带流入地形构成的峡谷时，由于空气质量不能大量堆积，于是加速流过峡谷，风速增大。当流出峡谷时，空气流速又会减缓。由狭管效应而增大的风，称为峡谷风。

3、由此可见，山地的风资源特性主要受地形、风速、大气温度等多方面的影响而变得复杂多变，对于平坦地形，可以通过上风侧风机的风速、风向值，直接预测下风侧风机的风速、风向值，而对于非平坦的高地、洼地、山脊、山谷、峡谷等，它们对风特性的影响十分明显，使得风速、风向分布情况十分复杂。简而言之，山地内每个区域的风速、风向均不同，使得对风特性的预测变得极为困难。

4、对于风力发电机组而言，风速、风向的快速变化，容易使作用在风力发电机组的叶片上的风力发生突变，导致变桨电机被反拖并触发故障停机。变桨电机反拖，一方面会引起叶片的不平衡，导致风力发电机组振动，一方面会对变桨系统的齿形带产生负面的影响。

5、然而，目前没有较好的检测风切变的方法，其原因在于：(1)风切变是由于风遇到山坡而产生的方向变化，然而风力发电机组现有的风速仪、风向标均为水平旋转方式，它们可以准确测量水平方向上的风速和风向，但无法准确测量垂直方向的风；(2)虽然激光雷达可以检测到风切变，但由于其成本较高，因此不适用于单机的配置和安装；(3)对变桨电机安装扭矩传感器，一方面受限于轮毂内的结构，导致扭矩传感器难以安装，一方面即使安装了扭矩传感器，也只能在变桨电机反拖之后进行控制，这具有很强的滞后性。由于风力发电机组在安装之后位置固定，不能再移动，因此如果风电场中出现风向突变的异常现象，则在一定时间之内会频繁地触发风力发电机组异常及故障。

技术实现思路

1、本公开的实施例提供一种风力发电机组的控制方法、控制器及风力发电机组，能够有效地检测风向突变的异常现象，并在发生风向突变的异常现象时及时地对风力发电机组实施降功率保护控制。

2、在一个总的方面，提供一种风力发电机组的控制方法，所述控制方法包括：在每个采样时刻，获取风力发电机组各叶片的迎风信息，其中，基于每个采样时刻的风向角与每个叶片的桨距角确定相应叶片的迎风信息；在每个采样时刻，针对每个叶片，响应于该叶片的迎风信息和桨距角满足第一预设条件，将该叶片的第一计数值加1；响应于在第一预定时间段内，每个叶片的第一计数值的变化满足第二预设条件，针对每个叶片设置目标桨距角来控制叶片变桨。

3、可选地，响应于风速大于第一预设风速阈值，在每个采样时刻获取风力发电机组各叶片的迎风信息。

4、可选地，在每个采样时刻，获取风力发电机组各叶片的迎风信息，包括：在每个采样时刻，针对任意一个叶片，计算该叶片的风向角差值，作为该叶片的迎风信息，其中，风向角差值表示每个采样时刻的风向角与该叶片桨距角的差异。

5、可选地，针对任意一个叶片，风向角差值为每个采样时刻的风向角与该叶片桨距角的差值的绝对值。

6、可选地，针对任意一个叶片，风向角差值为每个采样时刻的相对风向角与该叶片桨距角的差值的绝对值，其中，每个采样时刻的相对风向角为每个采样时刻的风向角与180度之差的绝对值。

7、可选地，每个采样时刻的风向角为该采样时刻之前的第二预定时间段内的每个采样时刻的风向角的平均值。

8、可选地，在每个采样时刻，针对任意一个叶片，响应于该叶片的风向角差值小于第一预设角度阈值并且桨距角落入预设角度范围，将该叶片的第一计数值加1。

9、可选地，响应于在第一预定时间段内每个叶片的第一计数值均大于预设计数阈值和/或每个叶片的第一计数值连续加1，针对每个叶片设置相应的目标桨距角。

10、可选地，所述控制方法还包括：在每个采样时刻，响应于任意两个叶片的桨距角之差的绝对值大于第二预设角度阈值，针对每个叶片设置相应的目标桨距角。

11、可选地，响应于在第一预定时间段期间，每个叶片的第一计数值的变化满足第二预设条件，针对每个叶片设置相应的目标桨距角，进一步包括：响应于在第一预定时间段内每个叶片的第一计数值均大于预设计数阈值和/或每个叶片的第一计数值连续加1，并且响应于任意一个叶片的桨距角偏差标志位为1，针对每个叶片设置相应的目标桨距角。

12、可选地，所述控制方法还包括：在针对每个叶片设置相应的目标桨距角之后，响应于连续预定数量的采样时刻的风速始终小于第二预设风速阈值，取消针对每个叶片设置的目标桨距角，从而退出目标桨距角控制。

13、可选地，所述控制方法还包括：在针对每个叶片设置相应的目标桨距角之后，针对每个叶片，响应于该叶片的迎风信息和桨距角不满足第一预设条件，将该叶片的第一计数值设置为零；响应于连续预定数量的采样时刻的每个叶片的第一计数值均被设置为零，取消针对每个叶片设置的目标桨距角，从而退出目标桨距角控制。

14、可选地，在针对每个叶片设置相应的目标桨距角之后，针对每个叶片，响应于该叶片的风向角差值小于或等于第一预设角度阈值并且桨距角超出预设角度范围，将该叶片的第一计数值设置为零。

15、在一个总的方面，提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的异控制方法。

16、在一个总的方面，提供一种控制器，所述控制器包括：处理器；和存储器，存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的异控制方法。

17、在一个总的方面，提供一种风力发电机组，所述风力发电机组包括如上所述的控制器。

18、根据本公开的实施例的风力发电机组的控制方法、控制器及风力发电机组，能够及时、有效地检测风向突变的异常现象，与检测三个叶片的桨距角偏差来确定变桨电机是否发生反拖的方法相比，准确性更高。其原因是：三个叶片的桨距角发生偏差，可能是各种原因导致的，如给定变桨速度波动、变桨驱动器本身执行偏差、增量信号短时异常、模拟量接地、刹车阀轻微磨损等。另一方面，由于风向变化是随机的，因此在风向变化时，三个叶片的桨距角并没有发生明显的偏差。另一方面，在正常风向变化、机组需要偏航的情况下，由于发电机转速降低，叶片桨距角会自动开桨到0度，因此桨距角落到5～20度检测范围内的概率很低，从而导致误检测的概率很低。

19、此外，根据本公开的实施例的风力发电机组的控制方法、控制器及风力发电机组，针对三个叶片均检测反映迎风信息的第一计数值，因此可以剔除风向偶然突变的对检测风向突变的异常现象的干扰影响。此外，由于风向角采用一定时间段内的平均值，因此可以消除短时间的风向变化不会对叶片产生作用力的可能性，减小正常偏航时的影响，并且消除风向测量装置受叶轮旋转时涡流的影响。

20、此外，根据本公开的实施例的风力发电机组的控制方法、控制器及风力发电机组，不需要额外设置激光雷达和变桨电机的扭矩传感器，就可以通过叶轮旋转特性实现对风向突变的异常现象的检测，从而可以降低成本，且易于实现。