一种基于加速度保障安全的控制方法及风力发电机与流程

本技术涉及风力发电，尤其涉及一种基于加速度保障安全的控制方法及风力发电机。

背景技术：

1、风力发电机是将风能转换为机械能，机械能带动转子旋转，最终输出交流电的电力设备。而湍流是指风速在空间和时间上的不规则变化，它是由于风流经地面或建筑物等障碍物而产生的紊乱流动状态所引起的。在风力发电机的运行过程，湍流会对风力发电机叶片的运动产生影响，进而影响风力发电机的稳定性。若湍流的强度较大，风力发电机输出的功率会显著增加，风力发电机并入的电网的频率会上升，进而影响电网的稳定运行，严重时可能导致电网下游的用电设备的停电或损坏，造成严重的经济损失。

2、相关技术中，通过气象站或测风塔获取湍流数据，然后根据湍流数据对风力发电机做出控制。但气象站或测风塔对于一些风力发电机较远，气象站或测风塔所测试的湍流数据与风力发电机所遭受的湍流数据差别较大。同时气象站或测风塔测试、传输湍流数据均有延时，风力发电机不能及时收到湍流数据，可能导致风力发电机组受损，甚至风力发电机做出反应后，风力发电机输出的功率还是很大，对风力发电机下游的电网同样具有影响。

技术实现思路

1、本技术提供了一种基于加速度保障安全的控制方法及风力发电机，在遭遇湍流的情况下，保障风力发电机以及风力发电机下游的电网的安全。

2、第一方面，本技术提供了一种基于加速度保障安全的控制方法，包括：使用湍流预测映射函数计算与当前加速度数据对应的当前湍流数据，当前加速度数据为当前检测到的风力发电机的机舱的加速度数据，湍流预测映射函数由风力发电机的叶片的历史加速度数据与记录的湍流数据的对应关系确定；确定当前湍流数据处于弱湍流区域、中湍流区域、强湍流区域中的某一区域；若当前湍流数据处于弱湍流区域，则采用保持正常运行策略；若当前湍流数据处于中湍流区域，则采用调整叶片角度策略、调整风轮旋转速度策略、调整风轮方向策略、调整风轮位置策略中的任意一种或多种策略；若当前湍流数据处于强湍流区域，则采用脱离电网策略或同时采用调整叶片角度策略、调整风轮旋转速度策略、调整风轮方向策略和调整风轮位置策略。

3、在上述实施例中，通过风力发电机获取加速度数据，以及通过气象站或测风塔获取湍流数据，再建立加速度数据与湍流数据之间的对应关系，即湍流预测映射函数。后续风力发电机遭遇湍流的情况下，将自身测试的加速度数据通过湍流预测映射函数进行计算，就可以判断出风力发电机所遭遇湍流的强度。此方法在空间上没有误差，因此对于湍流数据的计算更加准确，同时相比于相关技术，减少了等待气象站或测风塔测试、传输湍流数据的步骤，提高了获取湍流数据的效率。同时基于湍流数据对风力发电机所遭遇湍流的强度进行了判断，并根据判断结果作出合理的策略，保障风力发电机以及风力发电机下游的电网的安全。

4、结合第一方面的一些实施例，在一些实施例中，若当前湍流数据处于中湍流区域，则采用调整叶片角度策略、调整风轮旋转速度策略、调整风轮方向策略、调整风轮位置策略中的任意一种或多种策略之后，还包括：实时监测输出功率的变化趋势，若输出功率的变化趋势为下降时，则停止对应的调整叶片角度策略、调整风轮旋转速度策略、调整风轮方向策略、调整风轮位置策略中的任意一种或多种策略；若输出功率的变化趋势为上升时，则保持对应的调整叶片角度策略、调整风轮旋转速度策略、调整风轮方向策略、调整风轮位置策略中的任意一种或多种策略。

5、在上述实施例中，在风力发电机遭遇中等强度湍流的情况下，通过对风力发电机的输出功率进行监测。在风力发电机的输出功率过高的情况下，通过上述各种策略，降低风力发电机的输出功率，来保证风电机组的安全运行，以及下游电网的稳定性。在风力发电机的输出功率过低的情况下，停止上述各种策略，使风力发电机的输出功率保持在一个稳定的范围内，保证风力发电机的稳定性和可靠性，提高经济效益。

6、结合第一方面的一些实施例，在一些实施例中，若当前湍流数据处于强湍流区域，则采用脱离电网策略或同时采用调整叶片角度策略、调整风轮旋转速度策略、调整风轮方向策略和调整风轮位置策略，具体包括：若当前湍流数据处于强湍流区域，同时采用调整叶片角度策略、调整风轮旋转速度策略、调整风轮方向策略和调整风轮位置策略；实时监测输出功率的变化趋势，若输出功率的变化趋势为下降时，则停止调整叶片角度策略、调整风轮旋转速度策略、调整风轮方向策略和调整风轮位置策略；若输出功率的变化趋势为上升时，则采用脱离电网策略。

7、在上述实施例中，在风力发电机遭遇高等强度湍流的情况下，采用全部保护风力发电机安全的策略，使风力发电机的输出功率快速下降。同时根据对风力发电机的输出功率进行监测，判断这些策略是否能将风力发电机输出的功率控制在一个合理的范围内。当这些策略无法将风力发电机输出的功率控制在一个合理的范围，再将风力发电机脱离电网，最小化经济损失。

8、结合第一方面的一些实施例，在一些实施例中，加速度数据的数据结构为：加速度数值、对应的时间数值、对应的区域代表数值，湍流数据的数据结构为：湍流数值、对应的时间数值、对应的区域代表数值。

9、在上述实施例中，来使后续加速度数据和湍流数据进行训练更加高效、快速，使得训练的算法的时间复杂度和空间复杂度更优秀。

10、结合第一方面的一些实施例，在一些实施例中，湍流预测映射函数由风力发电机的机舱的历史加速度数据与记录的湍流数据的对应关系确定，具体包括：以全部历史加速度数据和记录的湍流数据中的时间数值作为一个维度下的刻度点，并以全部历史加速度数据和记录的湍流数据中的区域代表数值作为另一个维度下的刻度点分别构建加速度数据矩阵和湍流数据矩阵；将全部历史加速度数据根据其时间数值、区域代表数值将其填充至加速度数据矩阵中，以及将全部记录的湍流数据根据其时间数值、区域代表数值将其填充至湍流数据矩阵中；遍历加速度数据矩阵中每一个元素是否含有历史加速度数据；将不含有历史加速度数据的元素填入历史加速度数据；以及遍历湍流数据矩阵中每一个元素是否含有记录的湍流数据；将不含有记录的湍流数据的元素填入记录的湍流数据；加速度数据矩阵和湍流数据矩阵经过训练确定湍流预测映射函数。

11、在上述实施例中，通过以全部历史加速度数据和记录的湍流数据中的时间数值作为一个维度下的刻度点，并以全部历史加速度数据和记录的湍流数据中的区域代表数值作为另一个维度下的刻度点分别构建加速度数据矩阵和湍流数据矩阵，来使历史加速度数据和记录的湍流数据的格式统一，方便后续历史加速度数据和记录的湍流数据直接进行比较和分析。同时对缺少的历史加速度数据或记录的湍流数据填入相应的数据，使得可以使用的历史加速度数据和记录的湍流数据扩大，进而使后续得到的湍流预测映射函数更加准确。

12、结合第一方面的一些实施例，在一些实施例中，将不含有历史加速度数据的元素填入历史加速度数据，具体包括：设置第一预设范围；将不含有历史加速度数据的元素作为第一预设范围的中点，在加速度数据矩阵中寻找到第一预设范围内的全部元素，判断第一预设范围内全部元素的关系是否为线性；若第一预设范围内全部元素之间的关系是线性，则利用线性插值法对不含有历史加速度数据的元素进行赋值；若第一预设范围内全部元素之间的关系是非线性，则利用样条插值法对不含有历史加速度数据的元素进行赋值；将不含有记录的湍流数据的元素填入记录的湍流数据，具体包括：设置第二预设范围；将不含有记录的湍流数据元素的作为第二预设范围的中点，在湍流数据矩阵中寻找到第二预设范围内的全部元素，判断第二预设范围内全部元素的关系是否为线性；若第二预设范围内全部元素之间的关系是线性，则利用线性插值法对不含有记录的湍流数据的元素进行赋值；若第二预设范围内全部元素之间的关系是非线性，则利用样条插值法对不含有记录的湍流数据的元素进行赋值。

13、在上述实施例中，通过寻找到不含有历史加速度数据或记录的湍流数据的元素与含有历史加速度数据或记录的湍流数据的元素之间的某种规律或者函数关系。然后利用这种关系来进行数据估计，尽可能地利用含有历史加速度数据或记录的湍流数据的元素的信息来估计不含有历史加速度数据或记录的湍流数据的元素缺失的历史加速度数据或记录的湍流数据的值，从而减少赋值的误差。

14、结合第一方面的一些实施例，在一些实施例中，将全部历史加速度数据根据其时间数值、区域代表数值将其填充至加速度数据矩阵中，以及将全部记录的湍流数据根据其时间数值、区域代表数值将其填充至湍流数据矩阵中之后，遍历加速度数据矩阵中每一个元素是否含有历史加速度数据之前，还包括：通过箱线图判断加速度数据矩阵中每一个历史加速度数据是否为加速度异常数据；若历史加速度数据为加速度异常数据，则从加速度数据矩阵去除该历史加速度数据；通过箱线图判断湍流数据矩阵中每一个记录的湍流数据是否为湍流异常数据；若记录的湍流数据为湍流异常数据，则从湍流数据矩阵去除该记录的湍流数据。。

15、在上述实施例中，通过判断加速度数据矩阵或湍流数据矩阵中每一个历史加速度数据或记录的湍流数据是否为异常数据，再从加速度数据矩阵或湍流数据矩阵去除该异常数据，以此来去除异常数据对后续训练的干扰，提高后续湍流预测映射函数的准确性。

16、第二方面，本技术还提供了一种基于加速度保障安全的风力发电机，该风力发电机包括：

17、数据计算模块，用于使用湍流预测映射函数计算与当前加速度数据对应的当前湍流数据，当前加速度数据为当前检测到的风力发电机的机舱的加速度数据，湍流预测映射函数由风力发电机的机舱的历史加速度数据与记录的湍流数据的对应关系确定；

18、湍流判断模块，用于确定当前湍流数据处于弱湍流区域、中湍流区域、强湍流区域中的某一区域；

19、弱湍流执行模块，用于若当前湍流数据处于弱湍流区域，则采用保持正常运行策略；

20、中湍流执行模块，用于若当前湍流数据处于中湍流区域，则采用调整叶片角度策略、调整风轮旋转速度策略、调整风轮方向策略、调整风轮位置策略中的任意一种或多种策略；

21、强湍流执行模块，用于若当前湍流数据处于强湍流区域，则采用脱离电网策略或同时采用调整叶片角度策略、调整风轮旋转速度策略、调整风轮方向策略和调整风轮位置策略。

22、结合第二方面的一些实施例，在一些实施例中，中湍流执行模块还包括：

23、第一中湍流执行子模块，用于实时监测输出功率的变化趋势；

24、第二中湍流执行子模块，用于若输出功率的变化趋势为下降时，则停止对应的调整叶片角度策略、调整风轮旋转速度策略、调整风轮方向策略、调整风轮位置策略中的任意一种或多种策略；

25、第三中湍流执行子模块，用于若输出功率的变化趋势为上升时，则保持对应的调整叶片角度策略、调整风轮旋转速度策略、调整风轮方向策略、调整风轮位置策略中的任意一种或多种策略。

26、结合第二方面的一些实施例，在一些实施例中，强湍流执行模块还包括：

27、第一强湍流执行子模块，用于同时采用调整叶片角度策略、调整风轮旋转速度策略、调整风轮方向策略和调整风轮位置策略；

28、第二强湍流执行子模块，用于实时监测输出功率的变化趋势；

29、第三强湍流执行子模块，用于若输出功率的变化趋势为下降时，则停止调整叶片角度策略、调整风轮旋转速度策略、调整风轮方向策略和调整风轮位置策略；

30、第四强湍流执行子模块，用于若输出功率的变化趋势为上升时，则采用脱离电网策略。

31、结合第二方面的一些实施例，在一些实施例中，加速度数据的数据结构为：加速度数值、对应的时间数值、对应的区域代表数值，湍流数据的数据结构为：湍流数值、对应的时间数值、对应的区域代表数值。

32、结合第二方面的一些实施例，在一些实施例中，该风力发电机还包括：

33、数据矩阵构建模块，用于以全部历史加速度数据和记录的湍流数据中的时间数值作为一个维度下的刻度点，并以全部历史加速度数据和记录的湍流数据中的区域代表数值作为另一个维度下的刻度点分别构建加速度数据矩阵和湍流数据矩阵；

34、数据矩阵填充模块，用于将全部历史加速度数据根据其时间数值、区域代表数值将其填充至加速度数据矩阵中，以及将全部记录的湍流数据根据其时间数值、区域代表数值将其填充至湍流数据矩阵中；

35、数据矩阵扫描模块，用于遍历加速度数据矩阵中每一个元素是否含有历史加速度数据；以及遍历湍流数据矩阵中每一个元素是否含有记录的湍流数据；

36、数据矩阵填充模块，用于将不含有历史加速度数据的元素填入历史加速度数据；将不含有记录的湍流数据的元素填入记录的湍流数据。

37、训练模块，用于将加速度数据矩阵和湍流数据矩阵经过训练确定湍流预测映射函数。

38、结合第二方面的一些实施例，在一些实施例中，数据矩阵填充模块还包括：

39、第一数据矩阵填充子模块，用于设置第一预设范围或设置第二预设范围；

40、第二数据矩阵填充子模块，用于将不含有历史加速度数据的元素作为第一预设范围的中点，在加速度数据矩阵中寻找到第一预设范围内的全部元素，将不含有记录的湍流数据元素的作为第二预设范围的中点，在湍流数据矩阵中寻找到第二预设范围内的全部元素；

41、第三数据矩阵填充子模块，用于判断第一预设范围内全部元素的关系是否为线性；若第一预设范围内全部元素之间的关系是线性，判断第二预设范围内全部元素的关系是否为线性；

42、第四数据矩阵填充子模块，用于若第一预设范围内全部元素之间的关系是非线性，则利用样条插值法对不含有历史加速度数据的元素进行赋值，若第二预设范围内全部元素之间的关系是线性，则利用线性插值法对不含有记录的湍流数据的元素进行赋值；

43、第五数据矩阵填充子模块，用于第一预设范围内全部元素之间的关系是非线性，则利用样条插值法对不含有历史加速度数据的元素进行赋值，若第二预设范围内全部元素之间的关系是非线性，则利用样条插值法对不含有记录的湍流数据的元素进行赋值。

44、结合第二方面的一些实施例，在一些实施例中，该风力发电机还包括：

45、异常数据判断模块，用于通过箱线图判断加速度数据矩阵中每一个历史加速度数据是否为加速度异常数据，通过箱线图判断湍流数据矩阵中每一个记录的湍流数据是否为湍流异常数据；

46、异常数据去除模块，若历史加速度数据为加速度异常数据，则从加速度数据矩阵去除该历史加速度数据，若记录的湍流数据为湍流异常数据，则从湍流数据矩阵去除该记录的湍流数据。

47、第三方面，本技术实施例提供了一种电子设备，该电子设备包括：一个或多个处理器和存储器；

48、该存储器与该一个或多个处理器耦合，该存储器用于存储计算机程序代码，该计算机程序代码包括计算机指令，该一个或多个处理器调用该计算机指令以使得该电子设备执行如第一方面以及第一方面中任一可能的实现方式描述的方法。

49、第四方面，本技术实施例提供一种包含指令的计算机程序产品，当上述计算机程序产品在电子设备上运行时，使得上述电子设备执行如第一方面以及第一方面中任一可能的实现方式描述的方法。

50、第五方面，本技术实施例提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当上述指令在电子设备上运行时，使得上述电子设备执行如第一方面以及第一方面中任一可能的实现方式描述的方法。

51、可以理解地，上述第二方面提供的探地发电机、第三方面提供的电子设备、第四方面提供的计算机程序产品和第五方面提供的计算机存储介质均用于执行本技术实施例所提供的无线热点连接方法。因此，其所能达到的有益效果可参考对应方法中的有益效果，此处不再赘述。

52、本技术实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

53、1、本技术提供的基于加速度保障安全的控制方法，通过风力发电机获取加速度数据，以及通过气象站或测风塔获取湍流数据，再建立加速度数据与湍流数据之间的对应关系，即湍流预测映射函数。后续风力发电机遭遇湍流的情况下，将自身测试的加速度数据通过湍流预测映射函数进行计算，就可以判断出风力发电机所遭遇湍流的强度。此方法在空间上没有误差，因此对于湍流数据的计算更加准确，同时相比于相关技术，减少了等待气象站或测风塔测试、传输湍流数据的步骤，提高了获取湍流数据的效率。同时基于湍流数据对风力发电机所遭遇湍流的强度进行了判断，并根据判断结果作出合理的策略，保障风力发电机以及风力发电机下游的电网的安全。

54、2、本技术提供的基于加速度保障安全的控制方法，在风力发电机遭遇中等强度湍流的情况下，通过对风力发电机的输出功率进行监测。在风力发电机的输出功率过高的情况下，通过上述各种策略，降低风力发电机的输出功率，来保证风电机组的安全运行，以及下游电网的稳定性。在风力发电机的输出功率过低的情况下，停止上述各种策略，使风力发电机的输出功率保持在一个稳定的范围内，保证风力发电机的稳定性和可靠性，提高经济效益。

55、3、本技术提供的基于加速度保障安全的控制方法，在风力发电机遭遇高等强度湍流的情况下，采用全部保护风力发电机安全的策略，使风力发电机的输出功率快速下降。同时根据对风力发电机的输出功率进行监测，判断这些策略是否能将风力发电机输出的功率控制在一个合理的范围内。当这些策略无法将风力发电机输出的功率控制在一个合理的范围，再将风力发电机脱离电网，最小化经济损失。