一种基于风电机组集群的对风偏航尾流控制方法及系统与流程

本发明属于风电机组尾流控制，涉及一种基于风电机组集群的对风偏航尾流控制方法及系统。

背景技术：

1、可再生能源的需求不断增加，风能作为其中的重要组成部分得到了广泛关注和应用。风电机组的尾流控制是提高风电场发电效率和减少机组间相互影响的关键技术之一。而风电机组的尾流是指风轮旋转产生的气流在其后方形成的流动现象。这种尾流会对后续的机组产生影响，导致机组之间的功率损失和疲劳损伤加剧。尾流控制的目标是减小机组间的相互影响，提高整个风电场的发电效率。

2、尾流控制技术的主要包括主动控制和智能控制。主动控制是指通过控制风电机组的运行状态和参数来减小尾流对后续机组的影响。常用的主动控制方法包括变桨角控制、变转速控制和变偏航角控制。这些控制策略可以根据实时的风场和机组状态进行调整，以最大限度地减小尾流对后续机组的影响。智能控制是指利用人工智能、机器学习等技术来实现尾流控制的方式。通过对大量数据的分析和学习，智能控制可以实现更精确的尾流预测和控制。例如，通过分析风场中的气象数据、机组状态等信息，可以实现更精准的尾流控制策略，并提高风电场的发电效率。

3、目前，尾流控制技术在风电行业得到了广泛应用。通过采用合适的布局和设计，风电机组之间的相互影响得到了一定程度的减小。同时，主动控制和智能控制技术的发展也为尾流控制提供了更多的选择和可能性。但是由于无论采用主控控制还是智能控制，都需要对现有风电机组主控系统进行升级优化，从而实现机组控制，然而风场对主控系统进行升级改造难度大，改造会缩短主控系统使用寿命。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种基于风电机组集群的对风偏航尾流控制方法及系统。

2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、本发明提出的一种基于风电机组集群的对风偏航尾流控制方法，包括如下步骤：

4、获取风电机组风速数据及风向数据，对风速数据和风向数据进行修正，获取修正的风电数据，对修正的风电数据进行优化获取优化的风电数据；

5、采用偏航控制算法和改进的尾流模型对优化的风电数据进行处理，获取最优偏航角度，并生成相应的偏航尾流控制指令，实现对风电机组尾流控制。

6、优选地，采用最小二乘法对风速数据和风向数据进行修正处理，得到拟合直线，即得到截距和斜率；

7、采用如下方法获取修正的风电数据：

8、y(发电量最优时的风速、风向位置)＝α+βx+ε

9、其中，x为当前时刻的风速/风向位置，α截距，β为斜率，ε为误差。

10、优选地，对修正后的数据进行清洗和归一化处理，获取优化的风电数据。

11、优选地，获取改进的尾流模型的方法：在尾流模型中引入湍流模型得到改进的尾流模型。

12、本发明提出的一种基于风电机组集群的对风偏航尾流控制系统，包括：

13、数据修正模块，所述数据修正模块用于获取风电机组风速数据及风向数据，对风速数据和风向数据进行修正，获取修正的风电数据，对修正的风电数据进行优化获取优化的风电数据；

14、尾流控制模块，所述尾流控制模块用于采用偏航控制算法和改进的尾流模型对优化的风电数据进行处理，获取最优偏航角度，并生成相应的偏航尾流控制指令，实现对风电机组尾流控制。

15、本发明提出的一种基于风电机组集群的对风偏航尾流控制系统，包括：

16、数据采集模块，用于采集风电机组的风速数据和风向数据；

17、数据存储单元，用于存储风电机组的风速数据和风向数据；

18、数据处理模块，用于对风电机组的风速数据和风向数据进行修正及优化；

19、尾流控制模块，用于根据修正的数据获取偏航尾流控制指令，实现尾流控制；

20、电源模块，用于为数据存储单元、数据处理模块和尾流控制模块供电。

21、优选地，数据采集模块与数据存储单元，及数据处理模块与尾流控制模块均通过modbus rtu的串行端口进行通信。

22、优选地，数据采集模块包括风速仪和风向标，风速仪采集的风速数据和风向标采集的风向数据传输至数据存储单元存储。

23、一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行计算机程序时实现基于风电机组集群的对风偏航尾流控制方法的步骤。

24、一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现基于风电机组集群的对风偏航尾流控制方法的步骤。

25、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

26、本发明提出的一种基于风电机组集群的对风偏航尾流控制方法，利用风电机组上安装的风速仪和风向标等传感器，实时获取每台风电机组的风速和风向数据，确保数据的准确性和实时性，以便进行后续的分析和控制。由于传感器本身可能存在误差或受到环境因素的影响，需要对获取的风速和风向数据进行修正，以消除或减小误差，进一步提高数据的准确性。将修正后的风速和风向数据作为输入，通过偏航控制算法和改进的尾流模型计算得到最优偏航角度，并生成相应的偏航尾流控制指令，发送给风电机组执行，风电机组根据反馈数据，对控制策略进行实时调整和优化，以适应风电场运行状态的变化，从而对偏航尾流进行控制。因此，本发明提出的控制方法不需要对主控系统进行改造，就能实现对于风向的直接控制，从而规避对主控系统的升级改造，增加系统使用寿命，还能提高风电场的能源捕获效率。

27、进一步地，对修正后的风速和风向数据进行清洗，去除异常值或噪声数据。对数据进行归一化处理，使其符合一定的范围或标准，便于后续分析和控制。

28、进一步地，通过引入湍流模型，尾流模型能够更准确地模拟尾流区域中的湍流现象，从而提高对尾流特性的预测精度。改进后的尾流模型能够更精确地描述尾流区域的流动状态，包括速度分布、湍流强度等，有助于更准确地评估风电机组的性能和尾流效应对风电场的影响。因此，借助改进的尾流模型，风电场的规划者能够更准确地预测不同风机布局下的尾流效应，从而优化风电场的布局和设计，更准确地模拟风电机组在尾流中的运行状态，包括功率输出、载荷特性等。这有助于风电机组在运行过程中进行更精确的控制和调整，提高运行效率。

29、本发明提出的一种基于风电机组集群的对风偏航尾流控制系统，数据采集模块的存在确保了风电机组运行状态的实时感知。通过准确捕捉风速和风向数据，系统能够即时响应风场变化，为后续的尾流控制提供关键信息。这有助于风电机组更精准地追踪风向，提高风能利用效率。数据存储单元为数据的长期保存和分析提供了便利。通过对风速和风向数据的积累，系统能够形成丰富的数据资源，为风电场的运行优化和性能评估提供有力支持。此外，这些数据还可以用于后续的研究和开发，推动风电机组技术的不断进步。数据处理模块的引入进一步提升了尾流控制的精准度。通过对原始数据进行修正，系统能够消除或减小测量误差、环境因素等对尾流控制的影响，使得控制指令更加符合实际情况。这有助于提高风电机组的运行稳定性和可靠性，减少因控制不当而导致的能源损失。尾流控制模块则是整个系统的核心部分，它根据修正后的数据生成偏航尾流控制指令，实现对尾流的有效控制。通过精确调整风电机组的偏航角度和速度，系统能够最大限度地减少尾流效应对下游风电机组的影响，提高整个风电场的发电效率。电源模块为整个系统的稳定运行提供了保障，系统能够持续、稳定地运行，确保尾流控制效果的持续性和稳定性。综上所述，基于风电机组集群的对风偏航尾流控制系统通过集成多个功能模块，实现了对风电机组尾流的有效控制，提高了风能利用效率，降低了运营成本，具有显著的有益效果。这一系统有望在未来得到更广泛的应用和推广，为风电行业的可持续发展做出积极贡献。

30、本发明提出的一种基于风电机组集群的对风偏航尾流控制系统，通过将系统划分为数据修正模块及尾流控制模块，通过获取最优偏航角度并生成相应的偏航尾流控制指令，实现对风电机组尾流控制。采用模块化思想使各个模块之间相互独立，方便对各模块进行统一管理。