阅读说明：本技术 风力发电机组的控制方法、装置和系统、存储介质 (Control method, device and system of wind generating set and storage medium ) 是由 杨娟霞 田萌 赵树椿 于 2018-06-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种风力发电机组的控制方法、装置和系统、存储介质。该风力发电机组的控制方法包括：根据当前风力发电机组的运行状态和当前环境的气象信息,判断是否需要对所述风力发电机组进行雨蚀控制；若需要对所述风力发电机组进行雨蚀控制,则根据所述气象信息,控制所述风力发电机组执行与所述风力发电机组的转速关联的雨蚀控制指令,以避免风力发电机组的叶片出现疲劳累计损伤。采用本发明实施例中的技术方案,能够基于气象数据对风力发电机组叶片进行雨蚀控制,不仅能够抵制叶片前缘腐蚀的现象,而且能够节约时间成本。(The invention discloses a control method, a control device and a control system of a wind generating set and a storage medium. The control method of the wind generating set comprises the following steps: judging whether rain erosion control needs to be carried out on the wind generating set or not according to the current running state of the wind generating set and the weather information of the current environment; and if the wind generating set needs to be subjected to rain erosion control, controlling the wind generating set to execute a rain erosion control instruction associated with the rotating speed of the wind generating set according to the meteorological information so as to avoid the blade of the wind generating set from fatigue accumulated damage. By adopting the technical scheme in the embodiment of the invention, the rain erosion control can be carried out on the blade of the wind generating set based on meteorological data, the phenomenon of corrosion of the front edge of the blade can be resisted, and the time cost can be saved.)

风力发电机组的控制方法、装置和系统、存储介质

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种风力发电机组的控制方法、装置和系统、存储介质。

背景技术

海上气候多变，与设置于路上的风力发电机组相比，海上风力发电机组对叶片的设计提出更高要求。比如，海上叶片的叶尖线速度已经超过80米(m)/秒(s)，叶片高速运行在雨滴中，会导致前缘腐蚀严重，影响叶片的性能，甚至缩短叶片的寿命。

现阶段，主要通过在叶片上涂防护层来抵制叶片的前缘腐蚀现象。但是，随着叶片使用时间的延长，防护层将逐渐失效。鉴于此，无论对防护层的状态进行有效监测，还是对已失效的防护层进行即时修复，都将耗费时间。

发明内容

本发明实施例提供了一种风力发电机组的控制方法、装置和系统、存储介质，能够基于气象数据对风力发电机组叶片进行雨蚀控制，不仅能够抵制叶片前缘腐蚀的现象，而且能够节约时间成本，十分适合于在行业内的推广应用。

第一方面，本发明实施例提供一种风力发电机组的控制方法，该控制方法包括：

根据当前风力发电机组的运行状态和当前环境的气象信息，判断是否需要对风力发电机组进行雨蚀控制；

若需要对风力发电机组进行雨蚀控制，则根据气象信息，控制风力发电机组执行与风力发电机组的转速关联的雨蚀控制指令，以避免风力发电机组的叶片出现疲劳累计损伤。

在第一方面的一种可能的实施方式中，气象信息包括降雨强度，根据当前风力发电机组的运行状态和当前环境的气象信息，判断是否需要对风力发电机组进行雨蚀控制，包括：若运行状态包括以下状态中的任意一个：待机状态、停机状态和维护状态，则不需要对风力发电机组进行雨蚀控制；若运行状态包括启机状态和发电状态中的任意一个，且降雨强度低于预设中雨阈值，则不需要对风力发电机组进行雨蚀控制；若运行状态包括启机状态和发电状态中的任意一个，且降雨强度不低于预设中雨阈值，则需要对风力发电机组进行雨蚀控制。

在第一方面的一种可能的实施方式中，气象信息包括降雨强度；根据气象信息，控制风力发电机组执行与风力发电机组的转速关联的雨蚀控制指令，包括：若降雨强度高于或者等于预设中雨阈值，且低于预设暴雨阈值，则雨蚀控制指令为限转速指令；若降雨强度高于预设暴雨阈值，则雨蚀控制指令为停机指令。

在第一方面的一种可能的实施方式中，若降雨强度高于或者等于预设中雨阈值，且低于预设大雨阈值，则限转速指令为控制转速降低第一目标百分比；若降雨强度高于或者等于预设大雨阈值，且低于预设暴雨阈值，则限转速指令为控制转速降低第二目标百分比，第一目标百分比小于第二目标百分比。

在第一方面的一种可能的实施方式中，根据气象信息，控制风力发电机组执行与风力发电机组的转速关联的雨蚀控制指令，包括：若气象信息为冰雹信息，控制风力发电机组执行停机指令。

在第一方面的一种可能的实施方式中，在根据气象信息，控制风力发电机组执行与风力发电机组的转速关联的雨蚀控制指令的同时，方法还包括：根据风力发电机组的转速和预设的转速与桨距角安全关系，调节风力发电机组叶片的桨距角。

在第一方面的一种可能的实施方式中，在根据气象信息，控制风力发电机组执行与风力发电机组的转速关联的雨蚀控制指令之后，该方法还包括：获取雨蚀控制指令执行结束后，风力发电机组的功率数据；根据功率数据和目标功率数据，修正气象信息和雨蚀控制指令之间的对应关系。

第二方面，本发明实施例提供一种风力发电机组的控制装置，该控制装置包括：

判断模块，用于根据当前风力发电机组的运行状态和当前环境的气象信息，判断是否需要对风力发电机组进行雨蚀控制；

控制模块，用于若需要对风力发电机组进行雨蚀控制，则根据气象信息，控制风力发电机组执行与风力发电机组的转速关联的雨蚀控制指令，以避免风力发电机组的叶片出现疲劳累计损伤。

在第二方面的一种可能的实施方式中，该控制装置还包括调节模块，用于在根据气象信息，控制风力发电机组执行与风力发电机组的转速关联的雨蚀控制指令的同时，根据风力发电机组的转速和预设的转速-桨距角安全关系，调节风力发电机组叶片的桨距角。

在第二方面的一种可能的实施方式中，该控制装置设置在风力发电机组的主控制器或者风力发电机组所属的风电场控制器中。

第三方面，本发明实施例提供一种风力发电机组的控制系统，该系统包括如上文所述的风力发电机组的控制装置。

第四方面，本发明实施例提供一种风力发电机组的控制装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，处理器执行程序时实现如上所述的风力发电机组的控制方法。

第五方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，程序被处理器执行时实现如上所述的风力发电机组的控制方法。

如上所述，本发明实施例主要基于气象数据对风力发电机组叶片进行雨蚀控制。由于风力发电机组转速越高，雨滴相对于叶片前缘的速度越大，雨蚀效果越严重，叶片越容易遭到损伤。因此，只要通过执行与风力发电机组的转速关联的雨蚀控制指令，就能够降低雨滴相对于叶片前缘的速度，降低雨滴对叶片前缘的雨蚀作用，从而降低叶片遭到的损伤。

且与现有技术中的使用叶片前缘防护层相比，本发明实施例的通过调整控制策略降低叶片雨蚀的风险的技术方案不仅开发周期短，能够节约时间成本，而且控制灵活方便，十分适合于在行业内的推广应用。

附图说明

从下面结合附图对本发明的

具体实施方式

的描述中可以更好地理解本发明其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。

图1为本发明第一实施例提供的风力发电机组的控制方法的流程示意图；

图2为本发明第二实施例提供的雨量传感器的安装示意图；

图3为本发明第三实施例提供的风力发电机组的控制方法的流程示意图；

图4为本发明第四实施例提供的风力发电机电机扭矩-转速控制曲线的示意图；

图5为本发明第五实施例提供的风力发电机组的转速下降曲线的示意图；

图6为本发明第六实施例提供的风力发电机组的控制装置的结构示意图；

图7为本发明第七实施例提供的风力发电机组的控制装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明实施例的全面理解。

本发明实施例提供一种风力发电机组的控制方法、装置和系统、存储介质，用于处理风力发电机组叶片的前缘腐蚀现象。与在叶片表面涂覆防护层不同，本发明实施例能够基于气象数据对风力发电机组叶片进行实时雨蚀控制，达到抵制叶片前缘腐蚀的目的，从而节约时间成本，十分适合于在行业内的推广应用。

研究表明，雨滴对叶片表面的侵蚀(即雨蚀)的本质是表面材料的疲劳累计损伤。雨滴冲击固体表面主要存在两个阶段：

第一阶段是表面几乎没有质量损失，称为损伤潜伏期；

第二阶段是当雨滴冲击数累积到一定量，表面开始出现稳定的质量损失，称为稳定损伤期。

当表面出现质量损失，即损伤潜伏期单位面积可承受雨滴数N_i为：

其中，S表示固体强度，单位为MPa；P表示雨滴冲击压强，单位为MPa；d表示雨滴直径，单位为m；表示固体的拉伸强度，单位为MPa；b表示固体疲劳衰减指数的绝对值；υ表示固体材料的泊松比；ρ_L表示雨滴密度，单位为kg/m³；ρ_S表示固体密度，单位为kg/m³；C_L表示水中声速，单位为m/s；C_S表示固体中声速，单位为m/s；V表示雨滴相对固体表面的速度，单位为m/s。

结合公式(1)-公式(3)可知，雨滴相对固体表面的速度V越大，雨滴冲击压P越大，损伤潜伏期单位面积可承受雨滴数N_i越少。相反，若相对速度V降低10％，则承受的雨滴数可增大80％。

也就是说，风力发电机组转速越高，雨滴相对于叶片前缘的速度越大，雨蚀效果越严重，叶片越容易遭到损伤。由此，本发明开发了一种应对风力发电机叶片雨蚀的转速控制方案。

图1为本发明第一实施例提供的风力发电机组的控制方法的流程示意图，用于抵制叶片前缘的雨蚀作用。如图1所示，该风力发电机组控制方法包括步骤101和步骤102。

在步骤101中，根据当前风力发电机组的运行状态和当前环境的气象信息，判断是否需要对风力发电机组进行雨蚀控制。

其中，风力发电机组的运行状态包括待机、启机、发电、停机和维护等不同状态。气象信息包括降雨强度，即单位时间内降雨量。按照单位时间内降雨量的大小，降雨强度可分为小雨、中雨、大雨和暴雨等降雨等级。通常，气象信息还包括冰雹信息。

在一个可选实施例中，步骤101中雨蚀控制的判断过程具体包括：

若运行状态包括以下状态中的任意一个：待机状态、停机状态和维护状态，则不需要对风力发电机组进行雨蚀控制。

若运行状态包括启机状态和发电状态中的任意一个，且降雨强度低于预设中雨阈值，则不需要对风力发电机组进行雨蚀控制。

若运行状态包括启机状态和发电状态中的任意一个，且降雨强度不低于预设中雨阈值，则需要对风力发电机组进行雨蚀控制。

在步骤102中，若需要对风力发电机组进行雨蚀控制，则根据气象信息，控制风力发电机组执行与风力发电机组的转速关联的雨蚀控制指令，以避免风力发电机组的叶片出现疲劳累计损伤。

如上所述，本发明实施例主要基于气象数据对风力发电机组叶片进行雨蚀控制。由于风力发电机组转速越高，雨滴相对于叶片前缘的速度越大，雨蚀效果越严重，叶片越容易遭到损伤。因此，只要通过执行与风力发电机组的转速关联的雨蚀控制指令，就能够降低雨滴相对于叶片前缘的速度，降低雨滴对叶片前缘的雨蚀作用，从而降低叶片遭到的损伤。

且与现有技术中的使用叶片前缘防护层相比，本发明实施例中的通过调整控制策略降低叶片雨蚀的风险的技术方案不仅开发周期短，能够节约时间成本，而且控制灵活方便，十分适合于在行业内的推广应用。

图2为本发明第二实施例提供的雨量传感器的安装示意图。

图2中示出的雨量传感器201设置于机舱202上方且风向传感器203和风速传感器204之间的位置处。

实际安装时，雨量传感器201的安装位置可以根据实际选型和安装要求进行调整。雨量传感器201的选型和安装要求为：整体结构坚固、安装准确快捷、密封性好、使用寿命长、测量时响应快、稳定性高和抗外界干扰能力强。雨量传感器201可以但不限于使用通过压力传感器来感应测量雨量强弱的电子式雨量计。

对于一个风电场而言，可以将风电场中的风力发电机组进行分组，选择旗舰机组来安装雨量传感器201，以节约雨量传感器201的数量。

图3为本发明第三实施例提供的风力发电机组的控制方法的流程示意图。图3与图1的不同之处在于，图1中的步骤102可细化为图3中的步骤1021和步骤1022。

在步骤1021中，若降雨强度高于或者等于预设中雨阈值，且低于预设暴雨阈值，则雨蚀控制指令可以为限转速指令。

具体地，若降雨强度高于或者等于预设中雨阈值，且低于预设大雨阈值，则限转速指令为控制转速降低第一目标百分比。若降雨强度高于或者等于预设大雨阈值，且低于预设暴雨阈值，则限转速指令为控制转速降低第二目标百分比，第一目标百分比小于第二目标百分比。

在步骤1022中，若降雨强度高于预设暴雨阈值，则雨蚀控制指令可以为停机指令。

需要说明的是，上述预设中雨阈值<预设大雨阈值<预设暴雨阈值。

在一个可选实施例中，若气象信息为冰雹信息，则控制风力发电机组执行停机指令。

在一个可选实施例中，步骤102的执行主体可以包括雨蚀风险决策器和雨蚀控制器两部分。其中，雨蚀风险控制器中预存储有气象信息和机组状态信息与风险等级之间的对应关系；雨蚀控制器中预存储有风险等级与风机控制方案之间的关系。

实际运行时，可以将采集到的气象信息和机组状态信息输入雨蚀风险决策器，由雨蚀风险决策器给出风险等级，然后由雨蚀控制器根据风险等级将相应的控制方案发送至风机控制系统。比如：

(1)风力发电机组处于待机、停机或者维护状态，则雨蚀风险决策器输出风险等级为0，雨蚀控制器不激活；

(2)风力发电机组运行在启或者发电状态，则根据雨量传感器201检测到的降雨强度得到不同的控制策略：

A1、降雨强度为小雨(单位时间内的降雨量小于a1mm/min)，则雨蚀风险决策器输出风险等级为0，雨蚀控制器不激活；

A2、降雨强度为中雨(单位时间内的降雨量处于[a1，a2)mm/min)，则雨蚀风险决策器输出风险等级为1级，雨蚀控制器输出限转速指令，额定转速降低10％；

A2、降雨强度为大雨(单位时间内的降雨量处于[a2，a3)mm/min)，则雨蚀风险决策器输出风险等级为2级，雨蚀控制器输出限转速指令，额定转速降低20％；

A3、降雨强度为暴雨(单位时间内的降雨量大于或等于a3mm/min)，则雨蚀风险决策器输出风险等级为3级，雨蚀控制器输出停机指令。

A3、检测到冰雹，风险等级为3级，雨蚀控制器输出停机指令。

如上所述，本发明实施例结合机组的运行状态以及检测的气象条件，对机组实施风险评估，然后根据评估的风险等级对机组采取相应的控制方案，具有针对性强，控制精度高的优点。

图4为本发明第四实施例提供的风力发电机电机扭矩-转速控制曲线的示意图。其中，横坐标表示风力发电机组的转速，纵坐标表示风力发电机电机扭矩。

如图4所示，当前风力发电机组风机运行在P1点时，风力发电机组的转速为额定转速Wr处，检测到当前降雨强度是大雨，经过雨蚀风险决策器分析，给出限转速控制策略：将风力发电机组的转速从Wr降低到W'r，最终稳定运行在P2点处。与P1点相比，P2点的叶尖线速度得到下降，降低了叶片被腐蚀的风险，保护了叶片的气动性能，也保证了风力发电机组长期优良的功率曲线，同时延长了叶片的寿命。

图5为本发明第五实施例提供的风力发电机组的转速下降曲线的示意图。其中，横坐标表示时间，纵坐标表示风力发电机组的转速。如图5所示，风力发电机组的转速从Wr按照一定的速率降低到W'r。

需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要设定转速的下降值以及下降方式，包括匀速下降或者变速下降，此处不进行限定。

在一个可选实施例中，考虑到从P1点降低至P2点的过程中随着叶尖速比(叶尖线速度和风速的比值)的下降，可能存在失速的风险，可以根据风力发电机组的转速和预设的转速与桨距角安全关系，调节风力发电机组叶片的桨距角。其中，预设的转速与桨距角安全关系可以为叶片厂家提供的风速、转速和桨距角的安全关系。

在一个可选实施例中，还可以获取雨蚀控制指令执行结束后，风力发电机组的功率数据；然后根据功率数据和目标功率数据，修正气象信息和雨蚀控制指令之间的对应关系，达到优化雨蚀控制效果的目的。

具体实施时，可以通基于长期存储的雨量信息和风速风向信息以及风机运行数据(历史数据)对风风力发电机组的性能进行分析，对雨蚀风险决策器和雨蚀控制器进行优化。

图6为本发明第六实施例提供的风力发电机组的控制装置的结构示意图。如图6所示，该控制装置包括判断模块601和控制模块602。

其中，判断模块601用于根据当前风力发电机组的运行状态和当前环境的气象信息，判断是否需要对风力发电机组进行雨蚀控制。

控制模块602用于若需要对风力发电机组进行雨蚀控制，则根据气象信息，控制风力发电机组执行与风力发电机组的转速关联的雨蚀控制指令，以避免风力发电机组的叶片出现疲劳累计损伤。

需要说明的是，控制模块602包括上文所述的雨蚀决策器和雨蚀决策器可以为具有逻辑运算功能的独立器件。为避免对现有硬件结构进行改造，雨蚀决策器和雨蚀决策器也可以设置在风力发电机组的主控制器或者变桨控制器中。

图7为本发明第七实施例提供的风力发电机组的控制装置的结构示意图。图7与图6的不同之处在于，图7中的控制装置还包括调节模块603，用于在根据气象信息，控制风力发电机组执行与风力发电机组的转速关联的雨蚀控制指令的同时，根据风力发电机组的转速和预设的转速-桨距角安全关系，调节风力发电机组叶片的桨距角。

在一个可选实施例中，上述风力发电机组的控制装置可以是具有逻辑运算功能的独立器件。从避免对现有硬件结构改造的方面考虑，上述风力发电机组的控制装置也可以设置在风力发电机组的主控制器或者风力发电机组所属的风电场控制器中。

本发明实施例还提供一种风力发电机组的控制系统，风力发电机组的控制系统包括如上所述的风力发电机组的控制装置。

本发明实施例还提供一种风力发电机组的控制装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，处理器执行程序时实现如上所述的风力发电机组的控制方法。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，程序被处理器执行时实现如上所述的风力发电机组的控制方法。

需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。对于装置实施例而言，相关之处可以参见方法实施例的说明部分。本发明实施例并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。本领域的技术人员可以在领会本发明实施例的精神之后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。

以上所述的结构框图中所示的功能块可以实现为硬件、软件、固件或者它们的组合。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(ASIC)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本发明实施例的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、ROM、闪存、可擦除ROM(EROM)、软盘、CD-ROM、光盘、硬盘、光纤介质、射频(RF)链路，等等。代码段可以经由诸如因特网、内联网等的计算机网络被下载。

本发明实施例可以以其他的具体形式实现，而不脱离其精神和本质特征。例如，特定实施例中所描述的算法可以被修改，而系统体系结构并不脱离本发明实施例的基本精神。因此，当前的实施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本发明实施例的范围由所附权利要求而非上述描述定义，并且，落入权利要求的含义和等同物的范围内的全部改变从而都被包括在本发明实施例的范围之中。