基于激光雷达智能感知的风机组控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于激光雷达智能感知的风机组控制方法及系统，该方法包括：基于激光雷达获取多个采集点的实时风速数据，所述激光雷达的风速采集点包括位于距离风机机头不同距离的多个测风平面上的多个不同测风点；基于多个采集点的实时风速数据，利用预设的风速模型，获取风机组前方目标距离迎风面的风速数据；基于风机组前方目标距离迎风面的风速数据作为风机组控制输入数据，控制风机组的实时浆距角和转速。本发明专利技术实现对风机组的提前控制，避免或大大减少风力发电机组的超速故障，降低了机组载荷，提高了风力发电机组在极端风况下的安全性。的安全性。的安全性。

【技术实现步骤摘要】
基于激光雷达智能感知的风机组控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及风电场控制
，具体涉及一种基于激光雷达智能感知的风机组控制方法及系统。

技术介绍

[0002]由于人类对于能源的需求逐步上升，对能源的质量与效率要求越来越严格，如何高效的利用风能是当今能源领域研究的热点。在风电机组中，反馈控制系统通过由风轮转速估计的风速来对偏航系统进行控制，达到一个较佳对风的桨距角，提升风能利用效率。但由于风速的不稳定性与随机性，以及前方风机所造成的湍流，该控制方式测风多变且不稳定，易加速偏航机构齿轮箱的磨损和老化。

技术实现思路

[0003]针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种基于激光雷达智能感知的风机组控制方法及系统，通过激光雷达准确有效地测得风力发电机组前方不同距离测风平面上多个不同测风点的风速、风向等数据，进一步得到发电机组前方不同距离测风平面上的有效风速，根据风机组前方风场数据，实现对风机组的提前控制，避免或大大减少风力发电机组的超速故障，降低了机组载荷。该技术方案如下：
[0004]第一方面，提供了一种基于激光雷达智能感知的风机组控制方法，该方法包括如下步骤：
[0005]基于激光雷达获取多个采集点的实时风速数据，所述激光雷达的风速采集点包括位于距离风机机头不同距离的多个测风平面上的多个不同测风点；
[0006]基于多个采集点的实时风速数据，利用预设的风速模型，获取风机组前方目标距离迎风面的风速数据；
[0007]基于风机组前方目标距离迎风面的风速数据作为风机组控制输入数据，控制风机组的实时浆距角和转速。
[0008]在一些实施方式中，所述基于多个采集点的实时风速数据，利用预设的风速模型，获取风机组前方目标距离迎风面的风速数据，包括：
[0009]基于采集点风速数据，利用预设的风速分析模型拟合风机组前方风场风速变化数据，获取风机组前方目标距离迎风面即目标迎风面多个位置的风速数据，所述目标迎风面包括首排风机所在平面；
[0010]基于目标迎风面多个位置的风速数据获取目标迎风面有效风速。
[0011]在一些实施方式中，所述目标迎风面多个位置的风速数据的获取方法，包括：
[0012]（1）基于采集的风速时序数据，获取风速时序数据的极值，并获取多个极值形成的极大值包络线和极小值包络线；
[0013]（2）基于极大值包络线和极小值包络线获取平均值包络线，并获取风速时序数据与所述平均值包络线的差值数据作为待分析分量；
[0014]（3）在所述待分析分量为IMF分量的情况下，基于所述待分析分量作为新目标分量，在所述待分析分量不为IMF分量的情况下，基于所述待分析分量作为新的风速时序数据，重复上述步骤（1）
‑
（2）直至获取新目标分量；
[0015]（4）并基于风速时序数据与已有目标分量的差值数据重复步骤（1）
‑
（3），分别获取多个目标分量数据，直至所述风速时序数据与已有目标分量的差值数据为单调函数；
[0016]（5）获取所有的目标分量和风速时序数据与所有目标分量的差值分量数据；
[0017]（6）对于步骤（5）中的不同时序数据分别采用不同的训练完成的预测模型进行预测，获取不同时序数据的未来时间的预测数据，并基于多个不同预测数据进行融合获得风机组前方目标迎风面对应位置的风速数据。
[0018]在一些实施方式中，所述基于风机组前方目标距离迎风面的风速数据作为风机组控制输入数据，控制风机组的实时浆距角和转速，包括：
[0019]基于风机组前方目标距离迎风面的风速数据，判断风机平面有效风速是否大于风速预设值，在小于风速预设值时，以最大风能捕获效率为第一优化目标函数，获取风机组的浆距角调节目标值、风机组转速调节目标值；在大于风速预设值时，以预设功率输出为优化目标获取风机组的浆距角调节目标值、风机组转速调节目标值；
[0020]基于风机组的浆距角调节目标值、风机组转速调节目标值通过调节控制器调节风机组的浆距角、风机组转速。
[0021]在一些实施方式中，所述以最大风能捕获效率为第一优化目标函数，获取风机组的浆距角调节目标值、风机组转速调节目标值，包括：
[0022]基于预设风电场尾流模型获取上游风机入流风速和下游风机入流风速之间的关系，并基于风机组首排风机所在平面的有效风速拟合预测值，获取每台风机的入流风速；
[0023]基于每台风机的入流风速、浆距角、风轮转速获取风机组整体的风能捕获量；
[0024]基于风机组整体的风能捕获量最大为第一优化目标函数，获取风机组的浆距角调节目标值、风机组转速调节目标值。
[0025]在一些实施方式中，所述上游风机入流风速和下游风机入流风速之间的关系为：
[0026]，，其中，为风机组直径，为风机组下游距离处的尾流直径，a为轴向诱导因子，是风机组下游距离处的尾流风速，风机组上游来风风速，、、为预设常数；
[0027]所述风机组整体的风能捕获量为：，
[0028]其中，下标表征第台风机组的对应参数；，，其中，是功率系数，是浆距角，为叶尖速比，，其中，是风机组叶尖线速度，为风机组风轮角速度，为风机组半径，为入流风速。
[0029]在一些实施方式中，所述基于风机组整体的风能捕获量最大为第一优化目标函数，获取风机组的浆距角调节目标值、风机组转速调节目标值，包括：
[0030]（1）以风机组的浆距角调节目标值、风机组转速调节目标值为个体，随机生成第一预设值个个体；基于各风机组的入流风速，获取第一预设值个个体对应的风能总和；
[0031]（2）基于第一预设值个风能总和，择优选择满足预设条件的第二预设个风能总和对应的个体进行优化更新，形成新的第一预设值个个体；
[0032]（3）基于新的第一预设值个个体对每个个体进行位置更新；
[0033]（4）重复步骤（2）
‑
（3）预设次数，获取迭代截止后的第一预设值个风能总和中的最大值对应的个体，即获取最终的风机组的浆距角调节目标值、风机组转速调节目标值。
[0034]第二方面，提供了一种基于激光雷达智能感知的风机组控制系统，包括：
[0035]激光雷达数据采集单元，用于基于激光雷达获取多个采集点的实时风速数据，所述激光雷达的风速采集点包括位于距离风机机头不同距离的多个测风平面上的多个不同测风点；
[0036]风速分析单元，用于基于多个采集点的实时风速数据，利用预设的风速模型，获取风机组前方目标距离迎风面的风速数据；
[0037]控制单元，用于基于风机组前方目标距离迎风面的风速数据作为风机组控制输入数据，控制风机组的实时浆距角和转速。
[0038]第三方面，提供了一种基于激光雷达智能感知的风机组控制设备，所述设备包括：
[0039]处理器；
[0040]用于存储处理器可执行指令的存储器；
[0041]其中，所述处理器通过运行所述可执行指令本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于激光雷达智能感知的风机组控制方法，其特征在于，包括：基于激光雷达获取多个采集点的实时风速数据，所述激光雷达的风速采集点包括位于距离风机机头不同距离的多个测风平面上的多个不同测风点；基于多个采集点的实时风速数据，利用预设的风速模型，获取风机组前方目标距离迎风面的风速数据；基于风机组前方目标距离迎风面的风速数据作为风机组控制输入数据，控制风机组的实时浆距角和转速。2.根据权利要求1所述的一种基于激光雷达智能感知的风机组控制方法，其特征在于，所述基于多个采集点的实时风速数据，利用预设的风速模型，获取风机组前方目标距离迎风面的风速数据，包括：基于采集点风速数据，利用预设的风速分析模型拟合风机组前方风场风速变化数据，获取风机组前方目标距离迎风面即目标迎风面多个位置的风速数据，所述目标迎风面包括首排风机所在平面；基于目标迎风面多个位置的风速数据获取目标迎风面有效风速。3.根据权利要求2所述的一种基于激光雷达智能感知的风机组控制方法，其特征在于，所述目标迎风面多个位置的风速数据的获取方法，包括：（1）基于采集的风速时序数据，获取风速时序数据的极值，并获取多个极值形成的极大值包络线和极小值包络线；（2）基于极大值包络线和极小值包络线获取平均值包络线，并获取风速时序数据与所述平均值包络线的差值数据作为待分析分量；（3）在所述待分析分量为IMF分量的情况下，基于所述待分析分量作为新目标分量，在所述待分析分量不为IMF分量的情况下，基于所述待分析分量作为新的风速时序数据，重复上述步骤（1）
‑
（2）直至获取新目标分量；（4）并基于风速时序数据与已有目标分量的差值数据重复步骤（1）
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（3），分别获取多个目标分量数据，直至所述风速时序数据与已有目标分量的差值数据为单调函数；（5）获取所有的目标分量和风速时序数据与所有目标分量的差值分量数据；（6）对于步骤（5）中的不同时序数据分别采用不同的训练完成的预测模型进行预测，获取不同时序数据的未来时间的预测数据，并基于多个不同预测数据进行融合获得风机组前方目标迎风面对应位置的风速数据。4.根据权利要求3所述的一种基于激光雷达智能感知的风机组控制方法，其特征在于，所述基于风机组前方目标距离迎风面的风速数据作为风机组控制输入数据，控制风机组的实时浆距角和转速，包括：基于风机组前方目标距离迎风面的风速数据，判断风机平面有效风速是否大于风速预设值，在小于风速预设值时，以最大风能捕获效率为第一优化目标函数，获取风机组的浆距角调节目标值、风机组转速调节目标值；在大于风速预设值时，以预设功率输出为优化目标获取风机组的浆距角调节目标值、风机组转速调节目标值；基于风机组的浆距角调节目标值、风机组转速调节目标值通过调节控制器调节风机组的浆距角、风机组转速。5.根据权利要求4所述的一种基于激光雷达智能感知的风机组控制方法，其特征在于，

【专利技术属性】
技术研发人员：王斌，张昱峰，杨帆，丁高飞，尹明翔，
申请(专利权)人：安徽省国家电投和新电力技术研究有限公司，
类型：发明
国别省市：