全文摘要
本申请实施例提供了一种风向标容错控制方法、装置、控制器及风力发电机组，该方法包括：获取垂直于风力发电机组的叶轮面的等效风速和风力发电机组的瞬时风速；根据等效风速和瞬时风速确定风向偏差估计值；在检测到风向标发生故障时，根据风向偏差估计值判断是否满足预设的偏航条件；在确定满足偏航条件时，控制风力发电机组的机舱偏航。通过本申请实施例的方案，能够在风向标发生故障时，也无需对风力发电机组进行停机，与现有技术相比，能够有效提高风力发电机组的发电量，更好的满足了实际应用需求。
主设计要求
1.一种风向标容错控制方法，其特征在于，包括：获取垂直于风力发电机组的叶轮面的等效风速和风力发电机组的瞬时风速；根据所述等效风速和所述瞬时风速确定风向偏差估计值，所述风向偏差为所述瞬时风速的水平方向的风向与所述等效风速的风向的偏差角度；在检测到风向标发生故障时，根据所述风向偏差估计值判断是否满足预设的偏航条件；在确定满足所述偏航条件时，控制所述风力发电机组的机舱偏航。
设计方案
1.一种风向标容错控制方法，其特征在于，包括：
获取垂直于风力发电机组的叶轮面的等效风速和风力发电机组的瞬时风速；
根据所述等效风速和所述瞬时风速确定风向偏差估计值，所述风向偏差为所述瞬时风速的水平方向的风向与所述等效风速的风向的偏差角度；
在检测到风向标发生故障时，根据所述风向偏差估计值判断是否满足预设的偏航条件；
在确定满足所述偏航条件时，控制所述风力发电机组的机舱偏航。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取风力发电机组的等效风速，包括：
获取所述风力发电机组的运行参数；
根据所述风力发电机组的运行参数，确定所述等效风速。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述风向偏差估计值判断是否满足预设的偏航条件，包括：
对所述风向偏差估计值进行滤波处理，判断滤波处理后的所述风向偏差估计值是否大于预设的偏差阈值、且大于所述偏差阈值的持续时间是否大于预设的时间阈值；
若滤波处理后的所述风向偏差估计值大于预设的偏差阈值、且大于所述偏差阈值的持续时间大于预设的时间阈值，则确定满足所述偏航条件。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述控制所述风力发电机组的机舱偏航，包括：
控制所述机舱按照预设的偏航角度和偏航方向进行至少一次偏航，直至偏航后的风向偏差估计值达到预设的停止偏航条件。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述控制所述机舱按照预设的偏航角度和偏航方向进行至少一次偏航，直至偏航后的风向偏差估计值达到预设的停止偏航条件，包括：
控制所述机舱按照预设的第一方向和第一角度进行第一次偏航，并确定第一次偏航后的所述风向偏差估计值；
判断第一次偏航后的所述风向偏差估计值是否小于第一次偏航前的所述风向偏差估计值；
在确定第一次偏航后的所述风向偏差估计值小于第一次偏航前的所述风向偏差估计值时，控制所述机舱按照所述第一方向和所述第一角度继续进行至少一次偏航，直至偏航后的风向偏差估计值大于或等于最后一次偏航前的所述风向偏差估计值。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述控制所述机舱按照预设的偏航角度和偏航方向进行至少一次偏航，直至偏航后的风向偏差估计值达到预设的停止偏航条件，还包括：
在确定第一次偏航后的所述风向偏差估计值大于或等于第一次偏航前的所述风向偏差估计值时，控制所述机舱按照第二方向和第二角度进行第二次偏航，并确定第二次偏航后的所述风向偏差估计值；所述第二方向为与所述第一方向相反的方向，所述第二角度为根据所述第一角度确定出的角度；
判断第二次偏航后的所述风向偏差估计值是否小于第二次偏航前的所述风向偏差估计值；
在确定第二次偏航后的所述风向偏差估计值大于或等于第二次偏航前的所述风向偏差估计值时，停止偏航；
在确定第二次偏航后的所述风向偏差估计值小于第二次偏航前的所述风向偏差估计值时，控制所述机舱按照所述第一方向和所述第一角度继续进行至少一次偏航，直至偏航后的所述风向偏差估计值大于或等于最后一次偏航前的所述风向偏差估计值。
7.一种风向标容错控制装置，其特征在于，包括：
参数获取模块，用于获取垂直于风力发电机组的叶轮面的等效风速和风力发电机组的瞬时风速；
风向估计模块，用于根据所述等效风速和所述瞬时风速确定风向偏差估计值，所述风向偏差为所述瞬时风速的水平方向的风向与所述等效风速的风向的偏差角度；
偏航控制模块，用于在检测到风向标发生故障时，根据所述风向偏差估计值判断是否满足预设的偏航条件；在确定满足所述偏航条件时，控制所述风力发电机组的机舱偏航。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，
所述偏航控制模块具体用于：对所述风向偏差估计值进行滤波处理，判断滤波处理后的所述风向偏差估计值是否大于预设的偏差阈值、且大于所述偏差阈值的持续时间是否大于预设的时间阈值；若滤波处理后的所述风向偏差估计值大于预设的偏差阈值、且大于所述偏差阈值的持续时间大于预设的时间阈值，则确定满足所述偏航条件。
9.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，
所述偏航控制模块具体用于：控制所述机舱按照预设的偏航角度和偏航方向进行至少一次偏航，直至偏航后的风向偏差估计值达到预设的停止偏航条件。
10.一种控制器，其特征在于，执行存储的计算机程序，以实现权利要求1至6中任一项所述的风向标容错控制方法。
11.一种风力发电机组，其特征在于，包括权利要求10所述的控制器。
12.一种计算机可读存储介质，其特征在于，存储有计算机程序，所述计算机程序被控制器执行时实现权利要求1至6中任一项所述的风向标容错控制方法。
设计说明书
技术领域
本申请涉及风力发电技术领域，具体而言，本申请涉及一种风向标容错控制方法、装置、控制器及风力发电机组。
背景技术
随着风力发电机控制技术的日益成熟，风力发电的研究方向已经向着节能增功等精细化方向发展。其中，风力发电机组故障容错技术已经成为了增加风力发电机有效工作小时数的重要手段之一。
风力发电机组的风向标故障目前是较为突出的一类故障。该故障出现的频次较高，且一旦发生就需要进行停机处理，对风力发电机组的发电量造成较大影响。目前，当风向标出现故障时，并没有相应的手段进行容错。
发明内容
本申请针对现有方式的缺点，提出一种风向标容错控制方法、装置、控制器及风力发电机组，用以解决现有技术中由于风向标发生故障而导致的需要对风力发电机组进行停机处理的问题。
第一方面，本申请实施例提供了一种风向标容错控制方法，该方法包括：
获取垂直于风力发电机组的叶轮面的等效风速和风力发电机组的瞬时风速；
根据等效风速和瞬时风速确定风向偏差估计值；
在检测到风向标发生故障时，根据风向偏差估计值判断是否满足预设的偏航条件；
在确定满足偏航条件时，控制风力发电机组的机舱偏航。
第二方面，本申请实施例提供了一种风向标容错控制装置，该装置包括：
参数获取模块，用于垂直于风力发电机组的叶轮面的等效风速和风力发电机组的瞬时风速；
风向估计模块，用于根据等效风速和瞬时风速确定风向偏差估计值；
偏航控制模块，用于在检测到风向标发生故障时，根据风向偏差估计值判断是否满足预设的偏航条件；在确定满足偏航条件时，控制风力发电机组的机舱偏航。
第三方面，本申请实施例提供了一种控制器，该控制器执行存储的计算机程序，以实现本申请实施例第一方面提供的风向标容错控制方法。
第四方面，本申请实施例提供了一种风力发电机组，该风力发电机组包括本申请实施例第三方面提供的控制器。
第五方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，该存储介质中存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现本申请实施例第一方面提供的风向标容错控制方法。
本申请实施例提供的技术方案，至少具有如下有益效果：
本申请实施例提供的风向标容错控制方法、装置、控制器及风力发电机组，提供一种风向标故障冗余处理方案，该方案能够在风向标发生故障时，能够根据基于风力发电机组的瞬时风速和垂直于风力发电机组的叶轮面的等效风速确定的风向偏差估计值，进行对风力发电机组的机舱偏航的控制，而无需对风力发电机组进行停机，与现有技术相比，由于在风向标故障时无需进行停机，因此，能够有效提高风力发电机组的发电量，更好的满足了实际应用需求。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和\/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本申请实施例提供的一种风向标容错控制方法的流程示意图；
图2为本申请实施例提供的一种根据等效风速和瞬时风速确定风向偏差估计值的原理示意图；
图3为本申请实施例提供的一种获取直于风力发电机组的叶轮面的等效风速的方法的流程示意图；
图4为本申请实施例提供的一种根据风向偏差估计值判断是否满足预设的偏航条件的方法的流程示意图；
图5为本申请实施例提供的一种控制风力发电机组的机舱偏航的方法的流程示意图；
图6示出了本申请一示例中提供的一种控制风力发电机组的机舱偏航的方法的流程示意图；
图7示出了本申请一示例中一种采用本申请实施例的方法的风向偏差的控制效果示意图；
图8为本申请实施例提供的一种风向标容错控制装置的结构框架示意图。
具体实施方式
下面详细描述本申请，本申请实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出的本申请的特征是不必要的，则将其省略。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本申请的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和\/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和\/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和\/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。
首先对本申请涉及的几个名词进行介绍和解释：
垂直于风力发电机组的叶轮面的等效风速：实际风速包含两个自由度，即水平方向和垂直方向(这两个方向是相对于地面而言的)，其中，垂直于风力发电机组的叶轮面的等效风速指的是在水平方向风速中正对风力发电机组的叶轮平面的风速分量。
风向偏差：是指实际风速的水平方向的风向与机组机舱正向方向(也就是等效风速的风向)的偏差角度。
复合观测：这里的观测指控制理论中的状态观测概念，即根据系统的外部变量(输入变量和输出变量)的实测值得出状态变量估计值的一类动态系统。因此，复合观测是指利用多种状态观测器，或者状态观测器与运算逻辑结合的一种获得变量估计值的方法。
下面以具体地实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本申请的实施例进行描述。
图1示出了本申请实施例提供的一种风向标容错控制方法的流程示意图，如图1中所示，该方法可以包括以下步骤：
步骤S110：获取垂直于风力发电机组的叶轮面的等效风速和风力发电机组的瞬时风速。
其中，获取垂直于风力发电机组的叶轮面的等效风速的方案有多种，在实际应用中，可以根据实际需求选择其中任一种。例如，可以借助外部测量设备测量得到，再例如，一些风力发电机组的叶片疲劳检测设备也可以获得该等效风速。而风力发电机组的瞬时风速可以通过风力发电机组的风速仪测量得到。
步骤S120：根据等效风速和瞬时风速确定风向偏差估计值。
由前文的描述可知，风向偏差即实际风速(即瞬时风速)的水平方向的风向与等效风速的风向)的偏差角度，因此，可以根据等效风速和瞬时风速计算得到风向偏差估计值。
具体的，图2中示出了本申请实施例中提供的一种根据等效风速和瞬时风速确定风向偏差估计值的原理示意图，如图2中所示，V0<\/sub>代表风速仪测量的瞬时风速，Vp代表垂直于风力发电机组的叶轮面的等效风速，由图中可以看出，瞬时风速V0<\/sub>可以分解成垂直于风力发电机组的叶轮面的等效风速Vp和平行于风力发电机组的叶轮面的风速V1<\/sub>，因此，风向偏差估计值可以通过以下公式计算得到：
θE＝arccos(e)
其中，θE代表风向偏差估计值。
步骤S130：在检测到风向标发生故障时，根据风向偏差估计值判断是否满足预设的偏航条件。
其中，偏航条件可以根据实际应用需求进行配置。
步骤S140：在确定满足偏航条件时，控制风力发电机组的机舱偏航。
具体的，在风向偏差估计值满足预设的偏航条件时，则风力机组的控制器则可以控制风力发电机组的机舱偏航，在风向偏差估计值不满足偏航条件时，则不需要进行处理。
可以理解的是，在实际应用中，本申请实施例的上述步骤S110至步骤S140的方法是可以由风力发电机组的控制器实时循环执行的，在风向标发生故障时，若当前实时确定出的风向偏差估计值满足偏航条件，则可以由控制器控制风力发电机组的机舱偏航。
本申请实施例提供的该风向标容错控制方法，能够在风向标发生故障时，能够根据基于风力发电机组的瞬时风速和垂直于风力发电机组的叶轮面的等效风速确定的风向偏差估计值，进行对风力发电机组的机舱偏航的控制，而无需对风力发电机组进行停机。
可见，本申请实施例的该方法，是基于垂直于风力发电机组的叶轮面的等效风速，以及风力发电机组的瞬时风速，获取到复合观测风向偏差即上述风向偏差估计值，并基于该复合观测风向偏差进而建立了风力发电机组的风向标故障冗余解决方案。基于该方案，即使在风向标发生故障时，也能够基于风力偏向估计值，来控制风力发电机组的机舱偏航，而无需停机。因此，基于本申请实施例的方案，能够提高风力发电机组的发电量，更好的满足了实际应用需求。
本申请的可选实施例中，如图3中所示，上述步骤S110中，获取垂直于风力发电机组的叶轮面的等效风速，可以包括：
步骤S111：获取风力发电机组的运行参数；
步骤S112：根据风力发电机组的运行参数，确定等效风速。
其中，风力发电机组的运行参数可以包括但不限于风力发电机组的转速、功率、桨距角、最大功率曲线以及叶尖速比等参数。
作为一种可选方式，在无需借助外部设备时，可以根据风力发电机组自身的转速、功率、桨距角等信息，并结合风力发电机组的最大功率曲线以及叶尖速比等信息来获得该等效风速。
本申请的可选实施例中，如图4所示，上述步骤S130中，根据风向偏差估计值判断是否满足预设的偏航条件，具体可以包括：
步骤S131：对风向偏差估计值进行滤波处理；
步骤S132：判断滤波处理后的风向偏差估计值是否大于预设的偏差阈值、且大于偏差阈值的持续时间是否大于预设的时间阈值，若是，则执行步骤S133，若否，则执行步骤S134；
步骤S133：确定满足偏航条件；
步骤S134：确定不满足偏航条件。
也就是说，偏航条件可以包括风向偏差估计值大于偏差阈值，且风向偏差估计值大于偏航阈值的持续时间大于时间阈值。其中，偏差阈值和时间阈值均可以根据实际需求配置，例如，一可选方式中，偏差阈值可以为20度(degree，deg)，时间阈值为20秒(second，s)，则在滤波处理后的风向偏差估计值大于20deg，且大于20deg的持续时间大于20s时，则开启偏航，即控制风力发电机组的机舱偏航。
在实际应用中，为了风力发电机组寿命的考量，风力发电机组应尽量少动、少偏航，减少偏航电机的启动次数。本申请的该方案中，基于对风力发电机组的发电量和风力发电机组寿命两个因素考虑，通过上述偏差阈值和时间阈值的设置，实现了只有在风向偏差确实过大时，才会控制风力发电机组的机舱偏航，以更好的满足实际应用需求。具体的，通过上述偏差阈值，可以实现对风向偏差是否确实过大的估计，通过设置上述时间阈值，实现对风向偏差过大是短时的过大，还是一段时间内持续过大，若同时满足这两个条件，则表明在稳定的一段时间内风向偏差持续过大，若不进行偏航控制，则会对发电量造成较大影响，因此，此时可以控制风力发电机组的机舱偏航。而如果只是满足风向偏差估计值大于预设的偏差阈值时就控制风力发电机组的机舱偏航，很可能会造成风力发电机组的偏航电机的频繁启动，对偏航电机以及相关的风力发电机组的其他部件的寿命造成影响，且如果只是短时的风向偏差过大，偏航后的发电量的变化也不会有多少提升。因此，通过该方案，能够在发电量和风力发电机组的寿命之间做到较好的平衡。
作为一可选方案，在对风向偏差估计值进行滤波处理时，具体可以采用滤波器对风向偏差估计值进行滤波处理。
其中，具体采用哪种滤波器可以根据实际需要配置。
一种可选方式中，可以采用指数移动平均滤波器将风向偏差估计值进行滤波处理。指数移动平均滤波器是一种一阶无限冲击响应滤波器，该滤波器的计算公式可以表示为：
其中，X表示滤波器的输入，Y表示滤波器的输出，α为滤波器参数，具体的，k为正整数，Xk<\/sub>表示滤波器的第k个输入，Yk<\/sub>表示滤波器的第k个输出，Xk-1<\/sub>表示滤波器的第k-1个输入，Yk-1<\/sub>表示滤波器的第k-1个输出，X1<\/sub>则相应为滤波器的第一个输入。
由公式可以看出，指数移动平均滤波器的第一输出值即为第一个输入值，除第一个输出值之外的输出值则是基于该输出值的上一个输出值和上一个输入值确定的，例如，k＝2时，第二个输出值Y2<\/sub>则是根据上一个输出值Y1<\/sub>和上一个输入值X1<\/sub>得到的。同样的，在实际应用中，上述滤波器参数α的具体取值也是可以根据实际需要配置和调整的，例如，作为一可选方案，α＝1\/4500。
在另一可选方式中，还可以通过算术移动平均滤波器将风向偏差估计值进行滤波处理，得到滤波处理后的风向偏差估计值。此时，可以根据预设置的滤波器参数进行滤波处理，例如，对应于采用指数移动平均滤波器的方案，可以基于4500点进行移动更新，每输出一个，就再输入一个。
作为一个示例，若上述偏差阈值为20deg，时间阈值为20s，则在采用滤波器对风向偏差估计值进行滤波处理时，则在滤波器的输出值持续大于20deg，且输出值持续大于20deg的持续时间大于20s时，则确定满足偏航条件，开始启动偏航。
本申请的可选实施例中，上述步骤S140中，控制风力发电机组的机舱偏航，具体可以包括：
控制机舱按照预设的偏航角度和偏航方向进行至少一次偏航，直至偏航后的风向偏差估计值达到预设的停止偏航条件。
同样的，与偏航条件相对应，停止偏航条件也可以根据实际需求进行配置，在满足偏航条件时，通过控制机舱按照预设的偏航角度和偏航方向进行一次或一次以上的偏航，直至偏航后的风向偏差估计值达到预设的停止偏航条件。
本申请的可选实施例中，如图5中所示，步骤S140中，上述控制机舱按照预设的偏航角度和偏航方向进行至少一次偏航，直至偏航后的风向偏差估计值达到预设的停止偏航条件，具体可以包括：
步骤S141：控制机舱按照预设的第一方向和第一角度进行第一次偏航，并确定第一次偏航后的风向偏差估计值；
步骤S142：判断第一次偏航后的风向偏差估计值是否小于第一次偏航前的风向偏差估计值，若是，则执行步骤S143，若否，则执行步骤S144；
步骤S143：控制机舱按照第一方向和第一角度继续进行至少一次偏航，直至偏航后的风向偏差估计值大于或等于最后一次偏航前的风向偏差估计值。
本申请的可选实施例中，控制机舱按照预设的偏航角度和偏航方向进行至少一次偏航，直至偏航后的风向偏差估计值达到预设的停止偏航条件，还包括：
步骤S144：控制机舱按照第二方向和第二角度进行第二次偏航，并确定第二次偏航后的风向偏差估计值；第二方向为与第一方向相反的方向，第二角度为根据第一角度确定出的角度；
步骤S145：判断第二次偏航后的风向偏差估计值是否小于第二次偏航前的风向偏差估计值，若是，则执行步骤S146，若否，则执行步骤S147；
步骤S146：控制机舱按照第一方向和第一角度继续进行至少一次偏航，直至偏航后的风向偏差估计值大于或等于最后一次偏航前的风向偏差估计值；
步骤S147：停止偏航。
在控制机舱进行偏航时，除了需要知道偏航的角度，还需要知道偏航的方向，只有这样才能够保证偏航的正确性。因此，在控制机舱偏航时，需要确定偏航的方向是否正确。本申请实施例的该方案中，在控制机舱按照预设的第一方向和第一角度进行至少一次偏航之前，通过控制机舱按照第一方向和第一角度进行一次偏航，从而可以基于该偏航的结果来确定出的正确的偏航方向。具体的，在进行上述第一次偏航后，若风向偏差变小了，即第一次偏航后的风向偏差估计值小于第一次偏航前的风向偏差估计值，则说明第一次偏航的偏航方向是正确的，后续基于该方向继续控制机舱按照该方向继续进行至少一次偏航，直至风向误差不再减小，即偏航后的风向偏差估计值大于或等于最后一次偏航前的风向偏差估计值；若在进行上述第一次偏航后，若风向偏差增大了或者没有变化，即第一次偏航后的风向偏差估计值大于或等于第一次偏航前的风向偏差估计值，则说明第一次偏航的偏航方向是错误的，需要将偏航方向改为与第一次偏航的偏航方向相反的方向，根据调整后的方向控制机舱进行偏航控制。
其中，每次偏航(包括第一次偏航和第一次偏航方法后的至少一次偏航)后的风向偏差估计值，同样可以采用本申请实施例中上述步骤S110和步骤S120中确定风向偏差估计值的方式得到。
需要说明的是，在实际应用中，若检测到风向标恢复正常，也就是说风向标在发生故障之后的风力发电机组的运行过程中恢复正常，则可以根据风向标的测量结果来进行风力发电机组的机舱偏航的控制，即由根据风向偏差估计值判断是否控制机舱偏航，切换为根据风向标的测试结果来进行机舱偏航的控制。其中，为了保证稳定性，减少系统的切换，在实际应用中，可以在检测到风向标恢复正常且持续一定时间后再进行切换，例如，可以在检测到风向标恢复正常且考察30秒之后，如果持续30秒之后风向标一直正常，则可以开始根据风向标的测量结果进行机舱偏航的控制。
为了更好的理解及说明本申请实施例的方案，下面结合一个具体示例，对本申请实施例的一种可选方案进行进一步的说明。
该示例中，上述第一角度为5度即5°，第二角度为第一角度的两倍，即10°。图6中示出了本示例的方式的流程示意图，如图中所示，该方式主要可以包括：
首先，确定风向偏差估计值是否满足偏航条件，在风向偏差估计值满足偏航条件时，则控制机舱按照第一方向(图中所示的默认方向)和第一角度进行第一次偏航，即图中所示的以默认方向偏航5°，并记录当前风向值，其中，该处的当前风向值即为第一次偏航后的风向偏差估计值。
在完成第一次偏航控制后，需要判断当前偏航方向是否正确，即需要确定第一次偏航后的风向偏差估计值，并判断第一次偏航后的风向偏差估计值(即上述当前风向值)是否小于第一次偏航前的风向偏差估计值，即对应于图6中所示的流程图中的第三步骤，偏航后的风向(即第一次偏航后的风向偏差估计值，上述当前风向值)是否小于记录风向(偏航前的风向偏差估计值)，若第一次偏航后的风向偏差估计值小于第一次偏航前的风向偏差估计值，则说明第一次偏航的方向是正确的，将记录风向替换为风向记录值(偏航后的风向偏差估计值)即图中所示的替换风向记录值，并重复执行“按照默认方向偏航5°，并替换风向记录值”的操作，直至偏航后的风向偏差估计值不小于此次偏航前的风向偏差估计值，则确定满足停止偏航条件，可以停止偏航。
在第一次偏航后的风向偏差估计值不小于第一次偏航前的风向偏差估计值时，则说明第一次偏航的方向即图中所示的默认方向是错误的，则需要按照默认方向的相反方向和第二角度即10°控制机舱进行一次偏航(即第二次偏航)，并确定第二次偏航后的风向偏差估计值，若第二次偏航后的风向偏差估计值不小于第二次偏航前的风向偏差估计值，则停止偏航，若第二次偏航后的风向偏差估计值小于第二次偏航前的风向偏差估计值，则继续根据默认方向的相反方向(即第二次偏航时的方向)和第一角度即5°进行至少一次偏航，直至偏航后的风向偏差估计值不小于此次偏航前的风向偏差估计值，即重复执行图中所示的“继续反向偏航5°，并替换风向记录值”的操作，直至满足停止偏航条件，也就是偏航后的风向偏差估计值大于或等于偏航前的风向偏差估计值，即图中所示的偏航后的风向小于记录风向。
可以理解的是，上述图6中所示的风向均是指风向偏差估计值，各记录风向指的是每次进行偏航前的风向偏差估计值，也就是经过滤波器滤波后的风向偏差估计值，而风向记录值则是则偏航后的风向偏差估计值，即移动平均风向偏差估计值，通过比较第一次偏航前的风向(记录风向)与第一次偏航后的风向(风向记录值)，来判断第一方向是否正确，在第一次偏航之后的偏航，通过比较再次偏航前的风向与偏航后的风向来判断是否满足结束偏航条件。在实际应用中，偏航前的风向即记录风向会被记录下来，并记录在内存中，并在每次偏航后由偏航后的风向偏差估计值即风向记录值进行更新、替换。
作为一个示例，图7中示出了采用本申请实施例所提供的方案时一种风向偏差的控制效果示意图。图中横坐标表示时间，图中一个时间点代表20毫秒(ms)，纵坐标表示角度值即图中所示的Deg。
假设在场景中图中所示的0时刻，风向标发生故障，则可以基于本申请实施例所提供的方法来控制是否对机舱进行偏航，其中，图中的曲线S1表示实时的机舱位置即当前偏航位置，曲线S3表示实际风向偏差，也就是当前风向(即实时风向)与0时刻机舱位置的风向偏差，曲线S2表示偏航之后的风向偏差，即当前风向与实时机舱位置的风向偏差(即实时的风向偏差)，在实际应用中，曲线S2和曲线S3所对应的风向偏差均是可以基于一定时长内的风向偏差数据的算术平均值，如可以是30秒的算术平均数据。由图中可以看出，具体如图中S2曲线所示，基于本申请实施例的方案，能够将实时风向偏差控制在20deg以内。
本申请实施例提供的风向标容错控制方法，通过对风向标故障进行冗余，有效提供了风力发电机组的发电量，经试验证明，通过该方法，可以提高年度发电量约0.5％。
基于同一发明构思，本申请实施例提供了一种风向标容错控制装置，如图8中所示，该风向标容错控制装置100包括参数获取模块110、风向估计模块120和偏航控制模块130。
参数获取模块110，用于垂直于风力发电机组的叶轮面的等效风速和风力发电机组的瞬时风速。
风向估计模块120，用于根据等效风速和瞬时风速确定风向偏差估计值。
偏航控制模块130，用于在检测到风向标发生故障时，根据风向偏差估计值判断是否满足预设的偏航条件；在确定满足偏航条件时，控制风力发电机组的机舱偏航。
本申请的可选实施例中，参数获取模块110具体用于：获取风力发电机组的运行参数；根据风力发电机组的运行参数，确定等效风速。
本申请的可选实施例中，偏航控制模块130可以具体用于：对风向偏差估计值进行滤波处理，判断滤波处理后的风向偏差估计值是否大于预设的偏差阈值、且大于偏差阈值的持续时间是否大于预设的时间阈值；若滤波处理后的风向偏差估计值大于预设的偏差阈值、且大于偏差阈值的持续时间大于预设的时间阈值，则确定满足偏航条件。
本申请的可选实施例中，偏航控制模块130具体用于：
控制机舱按照预设的偏航角度和偏航方向进行至少一次偏航，直至偏航后的风向偏差估计值达到预设的停止偏航条件。
本申请的可选实施例中，偏航控制模块130在控制机舱按照预设的偏航角度和偏航方向进行至少一次偏航，直至偏航后的风向偏差估计值达到预设的停止偏航条件时，具体用于：
控制机舱按照预设的第一方向和第一角度进行第一次偏航，并确定第一次偏航后的风向偏差估计值；
判断第一次偏航后的风向偏差估计值是否小于第一次偏航前的风向偏差估计值；
在确定第一次偏航后的风向偏差估计值小于第一次偏航前的风向偏差估计值时，控制机舱按照第一方向和第一角度继续进行至少一次偏航，直至偏航后的风向偏差估计值大于或等于最后一次偏航前的风向偏差估计值。
本申请的可选实施例中，偏航控制模块130在控制机舱按照预设的偏航角度和偏航方向进行至少一次偏航，直至偏航后的风向偏差估计值达到预设的停止偏航条件时，具体用于：
在确定第一次偏航后的风向偏差估计值大于或等于第一次偏航前的风向偏差估计值时，控制机舱按照第二方向和第二角度进行第二次偏航，并确定第二次偏航后的风向偏差估计值；第二方向为与第一方向相反的方向，第二角度为根据第一角度确定出的角度；
判断第二次偏航后的风向偏差估计值是否小于第二次偏航前的风向偏差估计值；
在确定第二次偏航后的风向偏差估计值大于或等于第二次偏航前的风向偏差估计值时，停止偏航；
在确定第二次偏航后的风向偏差估计值小于第二次偏航前的风向偏差估计值时，控制机舱按照第一方向和第一角度继续进行至少一次偏航，直至偏航后的风向偏差估计值大于或等于最后一次偏航前的风向偏差估计值。
基于同一发明构思，本申请实施例提供了一种控制器，该控制器执行存储的计算机程序，以实现本申请实施例提供的风向标容错控制方法。
本申请实施例提供的控制器，与前面所述的各实施例具有相同的发明构思及相同的有益效果，该控制器中未详细示出的内容可参照前面所述的各实施例，在此不再赘述。
基于同一发明构思，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现本申请实施例所提供风向标容错控制方法。
该计算机可读介质包括但不限于任何类型的盘(包括软盘、硬盘、光盘、CD-ROM、和磁光盘)、ROM、RAM、EPROM(Erasable Programmable Read-Only Memory，可擦写可编程只读存储器)、EEPROM、闪存、磁性卡片或光线卡片。也就是，可读介质包括由设备(例如，计算机)以能够读的形式存储或传输信息的任何介质。
本申请实施例提供的计算机可读存储介质，与前面所述的各实施例具有相同的发明构思及相同的有益效果，该计算机可读存储介质中未详细示出的内容可参照前面所述的各实施例，在此不再赘述。
本技术领域技术人员可以理解，本申请中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案可以被交替、更改、组合或删除。进一步地，具有本申请中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的其他步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。进一步地，现有技术中的具有与本申请中公开的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
应该理解的是，虽然附图的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，其可以以其他的顺序执行。而且，附图的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
以上所述仅是本申请的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201811650738.7
申请日:2018-12-31
公开号:CN109458296A
公开日:2019-03-12
国家:CN
国家/省市:11(北京)
授权编号:CN109458296B
授权时间:20191203
主分类号:F03D7/00
专利分类号:F03D7/00
范畴分类:28C;37B;
申请人:北京金风科创风电设备有限公司
第一申请人:北京金风科创风电设备有限公司
申请人地址:100176 北京市大兴区北京经济技术开发区康定街19号
发明人:刘忠朋
第一发明人:刘忠朋
当前权利人:北京金风科创风电设备有限公司
代理人:张筱宁;宋海斌
代理机构:11330
代理机构编号:北京市立方律师事务所
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计