專利名稱：判斷非必要迎風狀況的方法和裝置、對風跟蹤的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及風力發(fā)電領域，特別是涉及一種判斷非必要迎風狀況的方法和裝置、 對風跟蹤的方法和系統(tǒng)。
背景技術：
目前，大力發(fā)展清潔能源、努力建設低碳社會，已經成為世界各國的共識。風電作為一種可再生、無污染、能量大的能源，發(fā)展前景非常廣闊。

風電機組是進行風力發(fā)電的技術裝備。圖1為風電機組的結構圖。如圖1所示， 風電機組包括機艙101、葉片102、立柱105和基座106，其中，葉片有多個，這樣可以增大與風接觸的面積，提高發(fā)電效率；發(fā)電機位于機艙101內部；立柱105和基座106對機艙101 起支撐作用；在機艙101與立柱105結合的位置具有偏航軸承104，使機艙101能夠在水平方向轉動。風電機組發(fā)電的原理是利用風力帶動葉片102轉動，進而帶動機艙101內部的發(fā)電機工作，從而產生電力。如圖1所示，在機艙102的軸線上從機艙101后部指向葉片102的方向103為風機朝向103，風機朝向103與風向之間的夾角是影響風電機組的風能利用效率的決定性因素之一，當二者的夾角為180度時，風力才最大限度地帶動葉片102轉動，從而使風電機組的風能利用效率最高。風力發(fā)電所依靠的資源是風，而風是自然界的產物，風向具有很強的隨機性，總是隨時間不斷地改變，因此，風機朝向103必須不斷改變來適應風向的變化，從而最大限度地利用風能?，F有技術中，為了更好地發(fā)揮風機性能，提高風電機組的風能利用效率，專門設計了對風跟蹤裝置，用來跟蹤風電機組所在位置處的風向，從而使風機朝向103以最快的速度轉動到與風向的夾角為180度的方向。圖2為現有的對風跟蹤方法的流程圖。如圖2 所示，該流程包括步驟201 檢測當前的風向和當前的風機朝向；步驟202 計算當前風向與當前風機朝向之間的夾角，根據該夾角產生風機轉動控制信號；步驟203 在風機轉動控制信號的控制下，驅動電機帶動機艙在水平方向轉動，最終使風機朝向與風向之間的夾角達到180度，這樣，就達到了使機組對風、從而最大限度地利用風能的目的。在現有技術中，每當風向改變，對風跟蹤裝置都會計算出當前風向與當前風機朝向之間的夾角，進而產生風機轉動控制信號，控制機艙在水平方向轉動，最終使風機朝向與風向之間的夾角達到180度。這樣，如果發(fā)生非必要迎風的情況，即風向的改變很小，或者風向改變后風速很小，那么對風跟蹤裝置仍然要控制機艙轉動，這樣不僅不能提高機組的風能利用效率，反而會因為驅動機艙轉動而浪費電力，得不償失。發(fā)明 內容本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種判斷非必要迎風狀況的方法和裝置、對風跟蹤的方法和系統(tǒng)，能判斷風向的改變是否為非必要迎風狀況。本發(fā)明解決上述技術問題的技術方案如下一種判斷非必要迎風狀況的方法，其特征在于，該方法包括步驟1 取風的第一樣本，檢測所述風的第一樣本的風向，得到第一風向；步驟2 判斷所述第一風向與風機朝向之間的夾角是否小于轉動臨界角；步驟3 如果步驟2的判斷結果為是，則執(zhí)行步驟3-1，否則執(zhí)行步驟3-2 ；步驟3-1 判斷為非必要迎風狀況；步驟3-2 檢測所述風的第一樣本的風速；判斷所述風的第一樣本的風速是否小于第一臨界風速，如果是，則判斷為非必要迎風狀況；否則，判斷為不是非必要迎風狀況。另外，本發(fā)明還提供了一種判斷非必要迎風狀況的裝置，該裝置包括風取樣和檢測部件、風機朝向檢測裝置和控制部件，其中所述風取樣和檢測部件用于，取風的第一樣本，檢測所述風的第一樣本的風向，得到第一風向，將所述第一風向發(fā)送到所述控制部件；檢測所述風的第一樣本的風速，將所述風的第一樣本的風速發(fā)送到所述控制部件；所述風機朝向檢測裝置用于，檢測風機朝向，并將所述風機朝向發(fā)送給所述控制部件；所述控制部件用于，判斷所述第一風向與風機朝向之間的夾角是否小于轉動臨界角，如果是，則判斷為非必要迎風狀況；否則，通知所述風取樣和檢測部件對所述風的第一樣本的風速進行檢測；判斷所述風取樣和風速檢測部件發(fā)送的所述風的第一樣本的風速是否小于第一臨界風速，如果是，則判斷為非必要迎風狀況；否則，判斷為不是非必要迎風狀況。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明中，由于取出風的第一樣本并得到第一風向后，會判斷第一風向與風機朝向之間的夾角是否小于轉動臨界角，是則意味著第一風向與風機朝向相差很小，為非必要迎風狀況；檢測風的第一樣本的風速，并判斷該風速是否小于第一臨界風速，是則說明風向雖然變了，但風速很小，為非必要迎風狀況；如果第一風向相對風機朝向的變化大于或等于轉動臨界角，并且其風速也大于或等于第一臨界風速，則說明這已經不是非必要迎風狀況。因此，本發(fā)明能判斷風向的改變是否為非必要迎風狀況。在上述技術方案的基礎上，本發(fā)明還提出了一種對風跟蹤的方法，該方法包括判斷是否為非必要迎風狀況；在非必要迎風狀況下，不轉動機艙；否則，轉動機艙；其中，所述判斷是否為非必要迎風狀況的方法為步驟1 取風的第一樣本，檢測所述風的第一樣本的風向，得到第一風向；步驟2 判斷所述第一風向與風機朝向之間的夾角是否小于轉動臨界角；步驟3 如果步驟2的判斷結果為是，則執(zhí)行步驟3-1，否則執(zhí)行步驟3-2 ；步驟3-1 判斷為非必要迎風狀況；步驟3-2 檢測所述風的第一樣本的風速；判斷所述風的第一樣本的風速是否小于第一臨界風速，如果是，則判斷為非必要迎風狀況；否則，判斷為不是非必要迎風狀況。
進一步，本發(fā)明還提出了一種對風跟蹤的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括風取樣和檢測部件、 風機朝向檢測裝置、控制部件和機艙轉動裝置，其中所述風取樣和檢測部件用于，取風的第一樣本，檢測所述風的第一樣本的風向，得到第一風向，將所述第一風向發(fā)送到所述控制部件；檢測所述風的第一樣本的風速，將所述風的第一樣本的風速發(fā)送到所述控制部件；所述風機朝向檢測裝置 用于，檢測風機朝向，并將所述風機朝向發(fā)送給所述控制部件；所述控制部件用于，判斷所述第一風向與風機朝向之間的夾角是否小于轉動臨界角，如果是，則判斷為非必要迎風狀況；否則，通知所述風取樣和檢測部件對所述風的第一樣本的風速進行檢測；判斷所述風取樣和風速檢測部件發(fā)送的所述風的第一樣本的風速是否小于第一臨界風速，如果是，則判斷為非必要迎風狀況；否則，判斷為不是非必要迎風狀況；在不為非必要迎風狀況下，向所述機艙轉動裝置發(fā)送機艙轉動命令；所述機艙轉動裝置用于，根據所述控制部件發(fā)送的所述機艙轉動命令，轉動機艙。采用上述進一步方案的有益效果是，該方案利用的是上述判斷非必要迎風狀況的方法和裝置，在對是否為非必要迎風的狀況判斷完成后，只在不是非必要迎風的狀況下，才轉動機艙，在非必要迎風狀況下，不轉動機艙，這樣就提高了風能捕捉率，有效減少了不必要的機艙轉動，節(jié)約了電力，也減少了對偏航軸承等機械部件的磨損。


圖1為風電機組的結構圖；圖2為現有的對風跟蹤方法的流程圖；圖3為本發(fā)明提供的判斷非必要迎風狀況的方法流程圖；圖4為本發(fā)明提出的判斷非必要迎風狀況的裝置結構圖；圖5為本發(fā)明提出的對風跟蹤的系統(tǒng)的結構圖；圖6為本發(fā)明提出的對風跟蹤系統(tǒng)一個具體實施例的結構圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發(fā)明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。圖3為本發(fā)明提供的判斷非必要迎風狀況的方法流程圖。如圖3所示，該方法包括步驟301 取風的第一樣本，檢測所述風的第一樣本的風向，得到第一風向。這里，風的第一樣本可以為取一次風樣所得到的樣本，也可以為在一段時間內取多次風樣所得到的樣本的平均值，例如，可以取1至15次之中的任一次數。如果為在一段時間內取2次以上的風樣，則需要對取得的各風樣的風向信號進行補償、濾波和平均化處理，以便使得到的第一風向最接近于這段時間內的平均風向，其中，補償和濾波是為了對各風樣的風向信號進行補償和濾波處理，從而使各風樣的風向信號最接近于取得該風樣時的真實風向，而平均化處理，則是為了將一段時間內取得的多個風樣的風向信號進行平均化， 從而使得到的第一風向最接近于這段時間內的平均風向。
檢測得到的第一風向是用來與風機朝向進行對比，從而判斷風向是否發(fā)生改變的。 步驟302 判斷第一風向與風機朝向之間的夾角是否小于轉動臨界角。如果步驟302的判斷結果為是，則執(zhí)行步驟303 ；否則，依次執(zhí)行步驟304和305。這里，如果第一風向與風機朝向之間的夾角小于轉動臨界角，則意味著風向沒有改變或改變很小，為非必要迎風狀況；否則，第一風向與風機朝向之間的夾角大于或等于轉動臨界角，則意味著風向變化比較大，有可能不是非必要迎風狀況，需要進一步判斷。步驟303 判斷為非必要迎風狀況；步驟304 檢測風的第一樣本的風速；這里，如果風的第一樣本是對一段時間內取得的多個風樣進行平均處理后的結果，則本步驟所述的檢測風的第一樣本的風速需要對每個風樣中檢測得到的風速進行補償、滾動濾波和平均化處理，其中，補償處理的目的是補償風電機組的尾流對該風樣的風速大小的影響，滾動濾波處理的目的是使各風樣的風速最接近取該風樣時的真實風速，平均化處理是將取得的所有風樣的風速進行平均化處理，從而得到風的第一樣本的風速，其目的是使得到的風的第一樣本的風速最接近這一段時間內的平均風速。步驟305 判斷風的第一樣本的風速是否小于第一臨界風速，如果是，則執(zhí)行步驟 303 ；否則，執(zhí)行步驟306。這里，第一風向與風機朝向之間的夾角已大于或等于轉動臨界角，如果風的第一樣本的風速小于第一臨界風速，則意味著風向雖然變化比較大，但風速卻很小，為非必要迎風狀況；如果風的第一樣本的風速大于或等于第一臨界風速，則意味著在風向變化比較大的情況下，風的第一樣本的風速也足夠大，因而這種情況不是非必要迎風狀況。步驟306 判斷為不是非必要迎風狀況。該方法中，在步驟301中檢測風的第一樣本的風向時，也可以同時檢測其風速，這樣可以提高對風向變化的反應速度。這里，步驟302中所述的轉動臨界角一般比較小，例如，可以為0度至12度之間的任一角度，較優(yōu)的，選用12度，當然，也可以為其他角度。步驟305中所述的第一臨界風速是指可以帶動風電機組的葉片轉動，進而帶動風力發(fā)電機發(fā)電最小風速，也可以是指產出的電力恰好可以滿足風電機組自身運轉，如完成機艙轉動等動作所需要的最小風速，其數值可以為0米/秒至2. 4米/秒之間的任一速度， 較優(yōu)的，可以選2. 4米/秒，當然，由于不同的風電機組有不同的第一臨界風速，步驟305中所述的第一臨界風速也可以為其他速度。本發(fā)明還提出了一種對風跟蹤的方法，該方法包括判斷是否為非必要迎風狀況；在非必要迎風狀況下，不轉動機艙；否則，轉動機艙；其中，判斷是否為非必要迎風狀況的方法，判斷方法為圖3所示的判斷非必要迎風狀況的方法，即包括如下步驟步驟301 取風的第一樣本，檢測所述風的第一樣本的風向，得到第一風向；步驟302 判斷第一風向與風機朝向之間的夾角是否小于轉動臨界角；步驟303 判斷為非必要迎風狀況；
步驟304 檢測風的第一樣本的風速；步驟305 判斷風的第一樣本的風速是否小于第一臨界風速，如果是，則執(zhí)行步驟 303 ；否則，執(zhí)行步驟306步驟306 判斷為不是非必要迎風狀況。 這里，用圖3所示的判斷非必要迎風狀況的方法判斷出是否為非必要迎風狀況后，只有在不是非必要迎風的狀況下，才轉動機艙，在非必要迎風狀況下，不轉動機艙，這樣有效減少了不必要的機艙轉動，節(jié)約了電力，也減少了對偏航軸承等機械部件的磨損。在本發(fā)明提出的對風跟蹤的方法中，轉動機艙的方法可以為轉動機艙，使風機朝向與第一風向之間的夾角為180度，當然，這里的180度指的是在0度到360度的范圍內的數值，其目的是使風機朝向變化到與第一風向為相對的風向。本發(fā)明所提出的對風跟蹤的方法中，轉動機艙的速度是預先設定的，也可以為程序控制的，當然，也可以為其他方式確定的，比如為模糊控制產生的，速度的大小可以為任意數值，例如，可以為0度/分鐘至19度/分鐘之間的任一速度，考慮到風電機組轉動慣量以及機組的載荷，較優(yōu)的數值可以選為19度/分鐘，這樣，該方法中轉動機艙的方法即為 以19度/分鐘的速度轉動機艙。當然，該速度的大小也可以為其他數值。另外，該速度的方向也可以通過預先設定，或程序設定，或模糊控制等任意方法進行設定，比如，設定為順時針，或逆時針，或使風向與風機朝向之間的夾角減小的方向，或使風向與風機朝向之間的夾角增大的方向等等。本發(fā)明中，在判斷是否為非必要迎風狀況的方法中，當判斷風的第一樣本的風速大于第一臨界風速之后，該方法進一步包括判斷風的第一樣本的風速是否大于第二臨界風速；如果是，則轉動機艙，使風機朝向與第一風向垂直，這時該風電機組進入自動保護程序，從而保證自身在大風中的安全。在判斷風的第一樣本的風速大于第一臨界風速之后，可以認為風速已經足夠大， 可以用于發(fā)電了，這里進一步判斷風的第一樣本的風速是否大于第二臨界風速，如果是，則說明風速過大，可能會造成對風電機組的破壞，因而在這種情況下，進入自動保護程序，轉動機艙，使風機朝向與第一風向垂直，這樣就可以最大限度地躲避大風的能量，防止大風對風電機組的破壞；如果風的第一樣本的風速小于第二臨界風速，則說明不是非必要迎風狀況，風力也不是特別大，正適合進行風力發(fā)電。這里，第二臨界風速可以為大于第一臨界風速的任一速度，例如，可以為20米/秒至25米/秒之間的任一速度，較優(yōu)的，選用25米/秒。當然，由于不同的風電機組所能承受的最大風速也是不同的，因此該第二臨界風速也可以為其他速度，如20米/秒。圖4為本發(fā)明提出的判斷非必要迎風狀況的裝置結構圖。如圖4所示，該裝置包括風取樣和檢測部件401、控制部件402和風機朝向檢測裝置403，其中風取樣和檢測部件401用于，取風的第一樣本，檢測風的第一樣本的風向，得到第一風向，將第一風向發(fā)送到控制部件402 ；檢測風的第一樣本的風速，將風的第一樣本的風速發(fā)送到控制部件402 ；風機朝向檢測裝置403用于，檢測風機朝向，并將風機朝向發(fā)送給控制部件402 ；控制部件402用于，判斷第一風向與風機朝向之間的夾角是否小于轉動臨界角， 如果是，則判斷為非必要迎風狀況；否則，通知風取樣和檢測部件401對風的第一樣本的風速進行檢測；判斷風取樣和風速檢測部件401發(fā)送的風的第一樣本的風速是否小于第一臨界風速，如果是，則判斷為非必要迎風狀況；否則，判斷為不是非必要迎風狀況。轉動臨界角一般比較小，例如，可以為0度至12度之間的任一角度，較優(yōu)的，選用 12度，當然，也可以為其他角度值。第一臨界風速是指可以帶動風電機組的葉片轉動，進而帶動風力發(fā)電機發(fā)電最小風速，也可以是指產出的電力恰好可以滿足風電機組自身運轉，如完成機艙轉動等動作所需要的最小 風速，其數值可以為0米/秒至2. 4米/秒之間的任一速度，較優(yōu)的，可以選2. 4 米/秒，當然，由于不同的風電機組有不同的第一臨界風速，第一臨界風速也可以為2. 4米 /秒以外的其他速度。圖5為本發(fā)明提出的對風跟蹤的系統(tǒng)的結構圖。如圖5所示，該系統(tǒng)包括風取樣和檢測部件501、控制部件502、機艙轉動裝置503和風機朝向檢測裝置504，其中風取樣和檢測部件501用于，取風的第一樣本，檢測風的第一樣本的風向，得到第一風向，將第一風向發(fā)送到控制部件502 ；檢測風的第一樣本的風速，將風的第一樣本的風速發(fā)送到控制部件502 ；風機朝向檢測裝置504用于，檢測風機朝向，并將風機朝向發(fā)送給所述控制部件 502 ；控制部件502用于，判斷第一風向與風機朝向之間的夾角是否小于轉動臨界角， 如果是，則判斷為非必要迎風狀況；否則，通知風取樣和檢測部件501對風的第一樣本的風速進行檢測；判斷風取樣和風速檢測部件501發(fā)送的風的第一樣本的風速是否小于第一臨界風速，如果是，則判斷為非必要迎風狀況；否則，判斷為不是非必要迎風狀況；在不為非必要迎風狀況下，向機艙轉動裝置503發(fā)送機艙轉動命令；機艙轉動裝置503用于，根據控制部件502發(fā)送的機艙轉動命令，轉動機艙。本發(fā)明中，機艙轉動裝置503用于，根據控制部件502發(fā)送的機艙轉動命令，以0 度/分鐘至19度/分鐘之間的任一速度轉動機艙，使風機朝向與第一風向之間的夾角為 180 度。當然，這里的180度指的是在0度到360度的范圍內的數值，其目的是使風機朝向變化到與第一風向為相對的風向。該裝置中，機艙轉動裝置503轉動機艙的速度可以是預先設定的，也可以為程序控制的，當然，也可以為其他方式確定的，比如為模糊控制產生的，速度的大小可以為任意數值，例如，可以為0度/分鐘至19度/分鐘之間的任一速度，較優(yōu)的，可以選19度/分鐘。 當然，該速度的大小也可以為其他數值。另外，該速度的方向也可以通過預先設定，或程序設定，或模糊控制等任意方法進行設定，比如，設定為順時針，或逆時針，或使風向與風機朝向之間的夾角減小的方向，或使風向與風機朝向之間的夾角增大的方向等等。本發(fā)明中，風機朝向檢測裝置包括增量式編碼器，該增量式編碼器用于檢測風機朝向。在實際應用中，由于絕對值編碼器的價格比較昂貴，而且將其應用于風機朝向檢測裝置時，需要在控制部件502中配置專用的模塊來接受絕對值編碼器所產生的信號，例如，在對風跟蹤的系統(tǒng)的一個實施例中，風機朝向檢測裝置配置絕對值編碼器，該編碼器所采用的通信協(xié)議為SSI協(xié)議，則為了與之進行匹配，控制部件502就需要配備專門的通信接口模塊，而且采用不同的控制部件502，所配備的通信接口模塊也有所不同，這會影響系統(tǒng)的通用性，也會增加研 制和使用該系統(tǒng)的成本。與之相比較，增量式編碼器的價格比較低，而且在使用中，增量式編碼器只需要用兩路相位相差90度的高速脈沖即可表示當前的風機朝向，在本發(fā)明的一個實施例中，控制部件502采用可編程邏輯控制器(PLC)，因此，增量式編碼器產生的這兩路高速脈沖發(fā)送到 PLC之后，PLC不需要配備專門的接口模塊，只需通過自身的程序處理算法即可處理這兩路高速脈沖，從而獲得精確的風機朝向數據。因此，相對于絕對值編碼器，在風機朝向檢測裝置中使用增量式編碼器，成本更低，通用性也更好。另外，風機朝向檢測裝置采用增量式編碼器和絕對值編碼器的精度大致相同，都可以達到0. 03506度以上。控制部件502進一步用于，判斷風的第一樣本的風速是否大于第二臨界風速；如果是，則向機艙轉動裝置503發(fā)送機艙躲避命令；否則，判斷為不是非必要迎風狀況；其中， 第二臨界風速為20米/秒至25米/秒之間的任一速度；機艙轉動裝置503進一步用于，根據控制部件502發(fā)送的機艙躲避命令，轉動機艙，使風機朝向與第一風向垂直。這里，第二臨界風速為風電機組所能承受的最大風速，如果風速超過第二臨界風速，則風速過大，可能會破壞風電機組，因此，本發(fā)明中，控制部件502命令機艙轉動裝置 503轉動機艙，使風機朝向與第一風向垂直，從而使機組進入自我保護程序，最大程度地降低大風可能對風電機組造成的破壞，不同的風電機組所能承受的最大風速不同，因而第二臨界風速也有所不同，例如， 可以選用20米/秒至25米/秒之間的任一速度，在本發(fā)明的一個實施例中，第二臨界風速為25米/秒，當然，在本發(fā)明的其他實施例中，該第二臨界風速也可以為其他速度，如，選用 20米/秒。本發(fā)明所提出的對風跟蹤的系統(tǒng)中，進一步包括功率檢測裝置、轉速檢測裝置和故障判斷裝置，其中，功率檢測裝置用于，在機艙轉動裝置503轉動機艙時，檢測機艙轉動裝置503的輸出功率，并將機艙轉動裝置503的輸出功率發(fā)送到故障判斷裝置；轉速檢測裝置用于，在機艙轉動裝置503轉動機艙時，檢測機艙的轉速，并將機艙的轉速發(fā)送到故障判斷裝置；故障判斷裝置用于，判斷機艙轉動裝置503的輸出功率是否超過臨界功率，如果是，則發(fā)出功率故障信號；判斷機艙的轉速是否低于臨界轉速，如果是，則發(fā)出轉速故障信號。本發(fā)明所提出的對風跟蹤的系統(tǒng)中，通過設置功率檢測裝置、轉速檢測裝置以及故障判斷裝置，可以在機艙轉動裝置503轉動機艙時，檢測機艙轉動裝置503的輸出功率以及機艙的轉速，進而由故障判斷裝置判斷該輸出功率是否超出臨界功率，以及該轉速是否低于臨界轉速，如果是，則說明機艙在轉動過程中存在超過臨界值的阻力，存在這種阻力屬于非正常情況，應該進行報警，等待修復，同時，由于臨界功率和臨界轉速的設置考慮了風電機組軸承的載荷以及對風跟蹤系統(tǒng)自身的震動和噪聲，因此，本發(fā)明所提出的對風跟蹤的系統(tǒng)中，進一步包括功率檢測裝置、轉速檢測裝置和故障判斷裝置，可以減少風電機組的震動以及噪聲所造成的影響。
本發(fā)明所提出的對風跟蹤的系統(tǒng)中，還可以進一步包括溫度檢測裝置和故障判斷裝置，其中， 溫度檢測裝置用于，檢測機艙的溫度，并將機艙的溫度發(fā)送到故障判斷裝置；故障判斷裝置用于，判斷機艙的溫度是否超過臨界溫度，如果是，則發(fā)出高溫故障信號。本發(fā)明所提出的對風跟蹤的系統(tǒng)中，通過設置溫度檢測裝置和故障判斷裝置，可以判斷機艙的溫度是否超過臨界溫度，如果是，則說明存在故障，應該進行報警，等待修復。圖6為本發(fā)明提出的對風跟蹤系統(tǒng)一個具體實施例的結構圖。如圖6所示，本實施例中所述的對風跟蹤系統(tǒng)包括測風儀601、位置控制器602、調速器604、驅動電機606、 PLC605、面板顯示和控制器607，另外，圖6中還包括風電機組的機艙603，其中測風儀601即為前述的風取樣和檢測部件，可以用于檢測風的第一樣本的風向和風速，PLC605為前述的控制部件，用于根據測風儀601測得的風的第一樣本的風向和風速， 判斷是否為非必要迎風狀況；在不是非必要迎風狀況下，向調速器604發(fā)送機艙轉動命令；調速器604和驅動電機606構成前述的機艙轉動裝置603，調速器604用于根據 PLC605發(fā)送的機艙轉動命令，控制驅動電機606轉動機艙603 ；驅動電機606用于在調速器 604的控制下，轉動機艙603 ；位置控制器602為風機朝向檢測裝置，用于檢測風機朝向；該位置控制器602中的編碼器采用增量式編碼器；面板顯示和控制器607為人機交互界面，可以用來顯示測風儀601測得的風速和風向、位置控制器602測得的風機朝向、PLC605所判斷的非必要迎風狀況以及發(fā)送的機艙轉動命令等信息，也可以用來接收外部的控制信號，進而控制PLC605、位置控制器602和調速器604等的工作。圖6所示的對風跟蹤系統(tǒng)的工作流程如下測風儀601取出風的第一樣本，檢測風的第一樣本的風向和風速，得到第一風向和風的第一樣本的風速，并將第一風向和風的第一樣本的風速發(fā)送到PLC605 ；PLC605判斷第一風向與風機朝向之間的夾角的絕對值是否小于12度，即第一風向與風機朝向之間的夾角是否小于正12度或負12度，如果是，則判斷為非必要迎風狀況； 否則PLC605判斷風速是否小于2.4米/秒，如果是，則判斷為非必要迎風狀況；否則，判斷為不是非必要迎風狀況。如果PLC605判斷當前風向的變化不是非必要迎風狀況，則PLC605通知位置控制器602檢測風機朝向；位置控制器602檢測得到風機朝向后，將風機朝向發(fā)送給PLC605 ； PLC605計算風機朝向與第一風向之間的夾角，并根據該夾角，向調速器604發(fā)送機艙轉動命令；調速器604根據機艙轉動命令，控制驅動電機606以19度/分鐘的速度轉動機艙 603，使風機朝向與第一風向之間的夾角為180度。另外，如果測風儀601測得的風的第一樣本的風速大于25米/秒，則PLC605向調速器604發(fā)送機艙躲避命令；調速器604根據PLC605發(fā)送的機艙躲避命令，控制驅動電機 606轉動機艙603，使風機朝向與第一風向垂直。由此可見，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(1)本發(fā)明中，由于在取出風的第一樣本，并且檢測得到風的第一樣本的風向、即第一風向后，會判斷第一風向與風機朝向之間的夾角是否小于轉動臨界角，是則意味著第一風向與風機朝向相差很小，為非必要迎風狀況；否則檢測風的第一樣本的風速，并判斷該風速是否小于第一臨界風速，是則說明風向雖然變了，但風速很小，為非必要迎風狀況；如果第一風向相對風機朝向的變化大于或等于轉動臨界角，并且風速也大于或等于第一臨界風速，則說明這已經不是非必要迎風狀況。因此，本發(fā)明能判斷風向的改變是否為非必要迎風狀況。(2)本發(fā)明中，只有在不是非必要迎風的狀況下，才轉動機 艙，在非必要迎風狀況下，不轉動機艙，這樣就有效減少了不必要的機艙轉動，節(jié)約了電力，也減少了對偏航軸承等機械部件的磨損。(3)本發(fā)明中，由于在取得多個風樣后，對各風樣的風向和風速進行了補償、濾波和平均化處理，得到第一風向和風的第一樣本的風速，因此，本發(fā)明得到的風向和風速數據最接近于當前一段時間內的風向和風速的真實值，這進一步優(yōu)化了判斷非必要迎風狀況的方案，使判斷結果更加準確，利用本發(fā)明的方案，追蹤到的風向的實時性和有效性都遠遠高于現有技術，應用該方法的風電機組的發(fā)電效率也更高。(4)本發(fā)明中，由于設置了功率檢測裝置、轉速檢測裝置以及故障判斷裝置，當機艙轉動裝置的輸出功率超過臨界功率，或者機艙的轉速低于臨界轉速時，故障判斷裝置會報警等待修復，因此，本發(fā)明能夠消除現有技術中的對風跟蹤裝置因為發(fā)生轉動力矩過大或過小等原因而產生的機艙輸出功率過大或過小、轉速過低等問題，同時也可以減少風電機組的震動以及噪聲所造成的影響。(5)本發(fā)明中，由于設置了溫度檢測裝置和故障判斷裝置，當溫度檢測裝置檢測到機艙中某個位置的溫度超過臨界溫度，例如，機艙轉動裝置中的某個驅動點的溫度超過臨界溫度時，故障判斷裝置能夠進行報警，等待修復，因此，本發(fā)明的安全性比較高，不會發(fā)生類似風電機組的機艙轉動裝置因某個驅動點工作過熱而燒壞的情況，從而保證機組在對風跟蹤過程中的可靠性。(6)本發(fā)明中，提供了兩種風機朝向檢測裝置中的編碼器選擇方案，這兩種方案的檢測精度相當，而選用增量式編碼器的方案，采用硬件與PLC控制程序的有機結合，降低了設計成本，在保證機組控制精度的前提下，提高了經濟效益。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種判斷非必要迎風狀況的方法，其特征在于，該方法包括步驟1 取風的第一樣本，檢測所述風的第一樣本的風向，得到第一風向； 步驟2 判斷所述第一風向與風機朝向之間的夾角是否小于轉動臨界角； 步驟3 如果步驟2的判斷結果為是，則執(zhí)行步驟3-1，否則執(zhí)行步驟3-2 ； 步驟3-1 判斷為非必要迎風狀況；步驟3-2 檢測所述風的第一樣本的風速；判斷所述風的第一樣本的風速是否小于第一臨界風速，如果是，則判斷為非必要迎風狀況；否則，判斷為不是非必要迎風狀況。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述轉動臨界角為O度至12度之間的任一角度。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一臨界風速為O米/秒至2.4 米/秒之間的任一速度。
4.一種對風跟蹤的方法，其特征在于，該方法包括判斷是否為非必要迎風狀況；在非必要迎風狀況下，不轉動機艙；否則，轉動機艙； 其中，所述判斷是否為非必要迎風狀況的方法為 步驟1 取風的第一樣本，檢測所述風的第一樣本的風向，得到第一風向； 步驟2 判斷所述第一風向與風機朝向之間的夾角是否小于轉動臨界角； 步驟3 如果步驟2的判斷結果為是，則執(zhí)行步驟3-1，否則執(zhí)行步驟3-2 ； 步驟3-1 判斷為非必要迎風狀況；步驟3-2 檢測所述風的第一樣本的風速；判斷所述風的第一樣本的風速是否小于第一臨界風速，如果是，則判斷為非必要迎風狀況；否則，判斷為不是非必要迎風狀況。
5.一種判斷非必要迎風狀況的裝置，其特征在于，該裝置包括風取樣和檢測部件、風機朝向檢測裝置和控制部件，其中所述風取樣和檢測部件用于，取風的第一樣本，檢測所述風的第一樣本的風向，得到第一風向，將所述第一風向發(fā)送到所述控制部件；檢測所述風的第一樣本的風速，將所述風的第一樣本的風速發(fā)送到所述控制部件；所述風機朝向檢測裝置用于，檢測風機朝向，并將所述風機朝向發(fā)送給所述控制部件；所述控制部件用于，判斷所述第一風向與風機朝向之間的夾角是否小于轉動臨界角， 如果是，則判斷為非必要迎風狀況；否則，通知所述風取樣和檢測部件對所述風的第一樣本的風速進行檢測；判斷所述風取樣和風速檢測部件發(fā)送的所述風的第一樣本的風速是否小于第一臨界風速，如果是，則判斷為非必要迎風狀況；否則，判斷為不是非必要迎風狀況。
6.一種對風跟蹤的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括風取樣和檢測部件、風機朝向檢測裝置、控制部件和機艙轉動裝置，其中所述風取樣和檢測部件用于，取風的第一樣本，檢測所述風的第一樣本的風向，得到第一風向，將所述第一風向發(fā)送到所述控制部件；檢測所述風的第一樣本的風速，將所述風的第一樣本的風速發(fā)送到所述控制部件；所述風機朝向檢測裝置用于，檢測風機朝向，并將所述風機朝向發(fā)送給所述控制部件；所述控制部件用于，判斷所述第一風向與風機朝向之間的夾角是否小于轉動臨界角，如果是，則判斷為非必要迎風狀況；否則，通知所述風取樣和檢測部件對所述風的第一樣本的風速進行檢測；判斷所述風取樣和風速檢測部件發(fā)送的所述風的第一樣本的風速是否小于第一臨界風速，如果是，則判斷為非必要迎風狀況；否則，判斷為不是非必要迎風狀況； 在不為非必要迎風狀況下，向所述機艙轉動裝置發(fā)送機艙轉動命令；所述機艙轉動裝置用于，根據所述控制部件發(fā)送的所述機艙轉動命令，轉動機艙。
7.根據權利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述機艙轉動裝置用于，根據所述控制部件發(fā)送的所述機艙轉動命令，以O度/分鐘至19度/分鐘之間的任一速度轉動機艙，使風機朝向與所述第一風向之間的夾角為180度。
8.根據權利要求6或7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述風機朝向檢測裝置包括增量式編碼器，所述增量式編碼器用于檢測風機朝向。
9.根據權利要求6或7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制部件進一步用于，判斷所述風的第一樣本的風速是否大于第二臨界風速；如果是，則向所述機艙轉動裝置發(fā)送機艙躲避命令；否則，判斷為不是非必要迎風狀況；其中，所述第二臨界風速為20米/秒至25米/秒之間的任一速度；所述機艙轉動裝置進一步用于，根據所述控制部件發(fā)送的所述機艙躲避命令，轉動機艙，使風機朝向與所述第一風向垂直。
10.根據權利要求6或7所述的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)進一步包括功率檢測裝置、轉速檢測裝置和故障判斷裝置，其中，所述功率檢測裝置用于，在所述機艙轉動裝置轉動機艙時，檢測所述機艙轉動裝置的輸出功率，并將所述機艙轉動裝置的輸出功率發(fā)送到所述故障判斷裝置；所述轉速檢測裝置用于，在所述機艙轉動裝置轉動機艙時，檢測所述機艙的轉速，并將所述機艙的轉速發(fā)送到所述故障判斷裝置；所述故障判斷裝置用于，判斷所述機艙轉動裝置的輸出功率是否超過臨界功率，如果是，則發(fā)出功率故障信號；判斷所述機艙的轉速是否低于臨界轉速，如果是，則發(fā)出轉速故障信號。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種判斷非必要迎風狀況的方法和裝置、對風跟蹤的方法和系統(tǒng)，該方法包括步驟1取風的第一樣本，檢測所述風的第一樣本的風向，得到第一風向；步驟2判斷所述第一風向與風機朝向之間的夾角是否小于轉動臨界角；步驟3如果步驟2的判斷結果為是，則執(zhí)行步驟3-1，否則執(zhí)行步驟3-2；步驟3-1判斷為非必要迎風狀況；步驟3-2檢測所述風的第一樣本的風速；判斷所述風的第一樣本的風速是否小于第一臨界風速，如果是，則判斷為非必要迎風狀況；否則，判斷為不是非必要迎風狀況。利用本發(fā)明的技術方案，能判斷風向的改變是否為非必要迎風狀況。
文檔編號G01M15/00GK102444543SQ20101050050
公開日2012年5月9日 申請日期2010年9月30日 優(yōu)先權日2010年9月30日
發(fā)明者李松強, 楊松, 王建勇, 蘇麗營 申請人:華銳風電科技(集團)股份有限公司