一种海上风力发电机组抗台控制方法及系统与流程

本发明涉及海上风力发电机组的抗台风，特别是一种海上风力发电机组抗台控制方法及系统。

背景技术：

1、我国海上/岸风电建设正面临全面提速，然而我国位于太平洋西侧，是受台风影响最为严重的国家之一。频频袭扰的台风对海上风场来说实是一把双刃剑，强度较弱的台风可以给风场带来较多的“满发”小时数，增加发电量，提高风场经济效益；然而，强度较强的台风将给风场带来极大的破坏。为更好地开发利用我国近海区域的风能资源，如何提高较弱台风模式下风力发电机组的发电能力，避免较早进入抗台模式，将是海上/岸风电发展亟需考量的问题。

2、现有抗台方法中，抗台模式的分类选择判断上，单台风力发电机组根据自身的风速仪参数进行判断，存在单个风速仪设备误差或者损坏，从而导致风机未能进入正确的抗台模式，存在安全隐患，严重时导致风机因风速高，虽然也会停机，风机仍然位于较大的迎风偏航角度，风力继续增大，风机存在因受力过大将会倒塌的风险。海上风场和陆地风场风资源分布特性不同。陆上山地风场，风机所处的山峰间隔风场风资源特性存在较大差异，风力穿过山峰和山谷，风速差异较大；陆上平原风场，单台风机的风资源也受周围道路，桥梁，车辆分布特性影响，地形高低起伏，对地面的风速有很大的减缓作用。海上风电场就没有这个问题，海平面一般都很平，风基本没阻力，平均风速高，并且风切变也小于陆上，再加上海上的风向改变频率也较陆上低，因而海上的风能很平稳。海上风电场风机的平均风速和加权风向数据有很大利用价值。可以模拟出整个海上风电场风资源分布，预估出风向和风速变化趋势，对单台风机运行模式进行调整，提高发电利用小时。3、台风预备模式一般都是根据当地气象台预报的台风预警，精准的信息一般只台风七级风圈、十级风圈。实际上海上风场位置距离地级市气象站距离较远，气象条件千差万别，前置进入台风预警模式，将单台风机自控运行模式切换到风场统一抗台模式有利于统一调控风机运行方式，这时候更是抢发电量的好时机。传统台风预备控制模式，仅仅起到了运行人员手动切换风机运行方式，只是运行操作确认的过程，其后风机运行模式并没有做针对性的根据风向和风速进行预控。

技术实现思路

1、鉴于现有的抗台技术中存在的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明所要解决的问题在于抗台模式的分类选择判断上，单台风力发电机组根据自身的风速仪参数进行判断，存在单个风速仪设备误差或者损坏，从而导致风机未能进入正确的抗台模式，存在安全隐患，严重时导致风机因风速高，海上风电场平均风速和加权风向数据可以模拟出整个海上风电场风资源分布，预估出风向和风速变化趋势，对单台风机运行模式进行调整，提高发电利用小时。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

4、第一方面，本发明实施例提供了一种海上风力发电机组抗台控制方法，其包括，

5、根据风机采集的数据以及桩位布置图，生成风电场的风速分布图和加权风向分布图；

6、根据台风预警判断是否进入台风预备模式，并进行抗台控制；

7、分析所述风速分布图和所述加权风向分布图，根据分析结果判断台风是否过境，若过境，则退出抗台控制正常发电。

8、作为本发明所述海上风力发电机组抗台控制方法的一种优选方案，其中：所述抗台控制包括，

9、计算某一风机的位置到所述风速分布图的各网格点的距离，并选择距离最小的网格点的估算风速与所述风机的测量风速进行比较；

10、如果所述网格点的估算风速低于所述风机的测量风速，则维持目前变桨角度和偏航角度，保持高风速发电运行状态；

11、如果所述网格点的估算风速高于所述风机的测量风速n米/秒，判断机舱位置，若机舱位置角度＞m°，或机舱位置角度＜-m°，所述风机所在的机组自动解缆m°，并进行偏航动作；

12、如果任意两台风机的风速测量值达到高风速停机动作值，则进入背风状态；

13、其中n、m均为正整数。

14、作为本发明所述海上风力发电机组抗台控制方法的一种优选方案，其中：所述背风状态包括，

15、通过所述加权风向图检测风机所处的风向，并计算风向角，如果风向角在k°～m°之间，则控制器发出右偏航指令，并打开偏航刹车，通过偏航电机将风力发电机组偏航至背风位置；

16、如果所述风向角在0°～z°之间，则控制器发出左偏航指令，并打开偏航刹车，通过偏航电机将风力发电机组偏航至背风位置；

17、所述偏航完成后，风机执行收浆操作，将叶片调整至90度位置；

18、其中k、z均为正整数。

19、作为本发明所述海上风力发电机组抗台控制方法的一种优选方案，其中：所述风速分布图的构建步骤如下所示：

20、将整个风电场划分为规格网格，计算所有风机到所述规格网格的网格点的距离；

21、利用风向因子调整距离，并根据风速大小以及距离影响为每个风机分配权重；

22、利用最小二乘法拟合所有风机的测量风速，得到线性趋势项；

23、根据调整后的距离、所述权重和所述线性趋势项估算网格点的风速；

24、重复上述步骤，直至所有网格点都有估算的风速值。

25、作为本发明所述海上风力发电机组抗台控制方法的一种优选方案，其中：所述利用风向因子调整距离如下式所示：

26、di'＝di·(1+α·cos(θi-θ))

27、其中，d'i是调整后的距离，di是实际距离，α是风向影响因子(0≤α≤1)，θi是风机i到风速估计点的方位角，θ是当前主导风向；

28、所述分配权重如下式所示：

29、

30、其中，vi是风机i的风速，vmax是所有风机中的最大风速，β是风速影响指数，p是距离幂参数；

31、所述估算网格点的风速通过下式表示：

32、

33、其中，v(x,y)是位置(x,y)的估算风速，wi和vi如前定义，γ是趋势项权重，ax+by+c是风速的线性趋势项，a,b,c是通过最小二乘法拟合所有已知点得到的系数。

34、作为本发明所述海上风力发电机组抗台控制方法的一种优选方案，其中：所述加权风向分布图的构建步骤如下：

35、将整个风电场划分为规格网格，将每个网格点的风向分解为单位向量的x和y分量；

36、对于每个目标网格点(x,y)，确定其他网格点的权重；

37、对每个网格点，确定x和y分量的加权平均值；

38、使用atan2函数计算每个网格点的风向；

39、调整转换所述风向，得到目标网格点(x,y)的最终风向；

40、对每个网格点重复上述步骤，直至所有网格点都有估算的风向。

41、作为本发明所述海上风力发电机组抗台控制方法的一种优选方案，其中：所述判断台风是否过境包括，

42、分析所述风向加权变化动态图，若风向加权变化动态图表现为明显的旋转模式，且中心区域箭头较短或不规则，进一步分析所述风速分布图，若风速分布图呈现出明显的"凹陷"特征，即在特定区域内风速急剧下降，形成一个低风速的孤岛，而周围区域仍保持高风速，且风速等值线呈现出同心圆状分布，中心风速最低，向外递增，则表明台风未过境；

43、若风向加权变化动态图显示出风向大范围的、相对一致的风向，风向箭头长度和方向趋于均匀，且风速分布图呈现出大范围、持续性的下降趋势，风速等值线逐渐变得稀疏且不规则，则表明台风过境。

44、第二方面，本发明实施例提供了一种海上风力发电机组抗台控制系统，其包括：

45、风向和风速分布图构建模块，用于根据风机采集的数据以及桩位布置图，生成风电场的风速分布图和加权风向分布图；

46、抗台控制模块，用于根据台风预警判断是否进入台风预备模式，并进行抗台控制；

47、台风过境判断模块，用于分析所述风速分布图和所述加权风向分布图，根据分析结果判断台风是否过境，若过境，则退出抗台控制正常发电。

48、第三方面，本发明实施例提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其中：所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的海上风力发电机组抗台控制方法的任一步骤。

49、第四方面，本发明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，其中：所述计算机程序被处理器执行时实现上述的海上风力发电机组抗台控制方法的任一步骤。

50、本发明有益效果为通过整合全风场的实时风速和风向数据，结合精确的桩位布置图，创建了高分辨率的风速分布图和风向加权变化动态图。它引入了创新的风向因子和风速因子，有效捕捉了台风螺旋结构中的非对称分布特征，优先考虑高风速区域的数据，并通过线性趋势项模拟大尺度风速变化。在风向估算中，采用矢量分解方法解决了角度平均问题，更准确地反映了台风环境下的连续风向变化。系统能够根据预设条件自动触发"台风预备模式"，并根据实时监测数据灵活调整每台风机的运行策略，包括维持高风速发电、执行解缆操作、进行对风操作等。当风速达到临界值时，系统会执行精细的保护停机模式，同时允许其他风机在安全范围内继续发电。此外，该方法还能准确区分台风眼和台风真正离开的情况，避免误判带来的风险。