控制風電機組的方法和設備與流程
2023-12-10 11:52:42
本發明涉及風力發電領域。更具體地講，涉及一種控制風電機組的方法和設備。
背景技術：
風能作為一種清潔的可再生能源，越來越受到重視，風電機組的裝機量也不斷增加。風電機組能夠風的動能轉變成機械動能，再把機械能轉化為電能。風電機組需要在一定的安全風況範圍內工作，否則會對風電機組造成傷害。風電機組的安全控制日益受到重視，得到了越來越多的研究。然而，目前的風電機組的安全控制方案留出的安全裕度較大，導致風能的利用率較低，並且單個風電機組的發電波動也較大。
技術實現要素：
本發明提供一種控制風電機組的方法和設備。
根據本發明的另一方面，提供一種控制風電機組的方法，所述方法包括：檢測預定風電機組周圍的預定測風區域的風速；根據檢測的風速確定在所述預定風電機組處的流體氣動數據；根據確定的流體氣動數據獲取所述預定風電機組承受的載荷；根據獲取的載荷對所述預定風電機組的運行進行控制。
可選地，根據獲取的載荷對所述預定風電機組的運行進行控制的步驟包括：當確定獲取的載荷對所述預定風電機組的運行產生影響時，對所述預定風電機組的運行進行控制，以消除所述影響。
可選地，所述預定風電機組的每個槳葉包括一個或多個分段，所述流體氣動數據為每個槳葉的每個分段處的流體氣動數據，所述載荷為每個槳葉的每個分段處承受的載荷。
可選地，每個分段處的流體氣動數據為每個分段的當前位置處的流體氣動數據，每個分段處承受的載荷為在當前位置處承受的載荷；或者，每個分段處的流體氣動數據包括每個分段在自己的運動軌跡上的多個位置處的流體氣動數據，每個分段處承受的載荷為每個分段在所述多個位置處承受的載荷中的最大載荷。
可選地，根據獲取的載荷對所述預定風電機組的運行進行控制的步驟包括：當任一槳葉的任一分段所承受的載荷大於警戒載荷時，調整所述任一分段的槳距角，以使所述任一分段承受的載荷小於或等於警戒載荷。
可選地，任一分段在任一位置處承受的載荷通過如下步驟獲得：根據所述任一分段的當前槳距角和所述任一分段在所述任一位置處的流體氣動數據中包括的入流角，確定所述任一分段在所述任一位置處的攻角；根據所述任一分段的攻角和所述任一分段在所述任一位置處的流體氣動數據中包括的風速和湍流強度確定所述任一分段在所述任一位置處承受的載荷。
可選地，調整所述任一分段的槳距角的步驟包括：獲取在所述任一分段處承受的載荷所對應的流體氣動數據中包括的風速和湍流強度的條件下使得所述任一分段承受的載荷小於或等於警戒載荷的攻角；根據獲取的攻角和所述任一分段處的流體氣動數據中包括的入流角，確定所述任一分段的槳距角；將所述任一分段的當前槳距角調整至確定的槳距角。
可選地，根據所述任一分段的攻角和所述任一分段在所述任一位置處的流體氣動數據中包括的風速和湍流強度確定所述任一分段在所述任一位置處承受的載荷的步驟包括：從載荷資料庫獲取與所述任一分段的攻角和所述任一分段在所述任一位置處的流體氣動數據中包括的風速和湍流強度對應的載荷，其中，所述載荷資料庫具有與每個分段的多個攻角、多個風速、多個湍流強度的每個組合對應的載荷。
可選地，根據檢測的風速確定在所述預定風電機組處的流體氣動數據的步驟包括；當所述預定測風區域為多個時，根據在每個預定測風區域檢測的風速分別確定在所述預定風電機組處的流體氣動數據；根據確定的流體氣動數據獲取所述預定風電機組承受的載荷的步驟包括：根據各個分別確定的在所述預定風電機組處的流體氣動數據，分別確定所述預定風電機組承受的載荷，並將分別確定的載荷之中的最大載荷作為最終的所述預定風電機組承受的載荷。
可選地，檢測預定風電機組周圍的預定測風區域的風速的步驟包括：檢測預定風電機組周圍的預定測風區域的預定海拔高度的風速，其中，所述方法還包括：預先確定在預定風電機組周圍預設的至少一個測風區域處的至少一個海拔高度的風速與在所述預定風電機組處的流體氣動數據之間的關係，其中，根據檢測的風速確定在所述預定風電機組處的流體氣動數據的步驟包括：根據預先確定的在預定風電機組周圍預設的至少一個測風區域處的至少一個海拔高度的風速與在所述預定風電機組處的流體氣動數據之間的關係，確定與檢測的風速對應的在所述預定風電機組處的流體氣動數據。
可選地，所述關係為預定資料庫，所述預定資料庫存儲有在至少一個測風區域處在至少一個海拔高度的多個風速、以及與每個測風區域處的每個風速對應的在所述預定風電機組處的流體氣動數據。
可選地，與在任一測風區域處在任一海拔高度的任一風速對應的在所述預定風電機組處的流體氣動數據通過如下方式獲得：獲取所述任一測風區域處的關於風速和海拔高度的函數；以獲取的函數作為入口邊界條件，建立大渦模擬模型；使用建立的大渦模擬模型確定與所述任一風速對應的在所述預定風電機組處的流體氣動數據。
可選地，所述函數為下面函數中的一個：風速與海拔高度之間的關係函數、風速、風的摩擦速度、海拔高度之間的關係函數、風速、海拔高度與大氣熱穩定度之間的關係函數。
可選地，建立大渦模擬模型的步驟包括：對包括所述預定風電機組和所述預定測風區域的預定範圍內的地形建立三維模型；對建立的三維模型進行網格劃分；設置入口邊界條件和湍流模型；利用網格劃分後的三維模型以及設置的入口邊界條件和湍流模型來建立大渦模擬模型。
可選地，建立大渦模擬模型的步驟還包括：設置壁面函數，利用網格劃分後的三維模型以及設置的入口邊界條件和湍流模型來建立大渦模擬模型的步驟包括：利用網格劃分後的三維模型以及設置的入口邊界條件、湍流模型和壁面函數來建立大渦模擬模型，所述壁面函數如下：
U＝Uf×K×ln((z+z0)/z0)，
其中，U為平均風速，Uf為風的摩擦速度，K為卡門常數，z0為地表粗糙度長度，z為垂直坐標。
可選地，使用建立的大渦模擬模型確定與所述任一風速對應的在所述預定風電機組處的流體氣動數據的步驟包括：根據所述預定風電機組上的預定位置的坐標，通過建立的大渦模擬模型確定與所述任一風速對應的在所述預定位置處的風速和湍流強度；並根據確定的流體氣動數據中的風速確定入流角。
可選地，所述預定測風區域處於所述預定風電機組的上風側。
根據本發明的另一方面，提供一種控制風電機組的設備，所述設備包括：風速檢測單元，檢測預定風電機組周圍的預定測風區域的風速；氣動數據檢測單元，根據檢測的風速確定在所述預定風電機組處的流體氣動數據；載荷檢測單元，根據確定的流體氣動數據獲取所述預定風電機組承受的載荷；控制單元，根據獲取的載荷對所述預定風電機組的運行進行控制。
可選地，當控制單元確定獲取的載荷對所述預定風電機組的運行產生影響時，控制單元對所述預定風電機組的運行進行控制，以消除所述影響。
可選地，所述預定風電機組的每個槳葉包括一個或多個分段，所述流體氣動數據為每個槳葉的每個分段處的流體氣動數據，所述載荷為每個槳葉的每個分段處承受的載荷。
可選地，每個分段處的流體氣動數據為每個分段的當前位置處的流體氣動數據，每個分段處承受的載荷為在當前位置處承受的載荷；或者，每個分段處的流體氣動數據包括每個分段在自己的運行軌跡上的多個位置處的流體氣動數據，每個分段處承受的載荷為每個分段在所述多個位置處承受的載荷中的最大載荷。
可選地，當任一槳葉的任一分段所承受的載荷大於警戒載荷時，控制單元調整所述任一分段的槳距角，以使所述任一分段承受的載荷小於或等於警戒載荷。
可選地，載荷檢測單元根據下面的方式獲得任一分段在任一位置處承受的載荷：根據所述任一分段的當前槳距角和所述任一分段在所述任一位置處的流體氣動數據中包括的入流角，確定所述任一分段在所述任一位置處的攻角；根據所述任一分段的攻角和所述任一分段在所述任一位置處的流體氣動數據中包括的風速和湍流強度確定所述任一分段在所述任一位置處承受的載荷。
可選地，控制單元通過如下方式調整所述任一分段的槳距角：獲取在所述任一分段處承受的載荷所對應的流體氣動數據中包括的風速和湍流強度的條件下使得所述任一分段承受的載荷小於或等於警戒載荷的攻角；根據獲取的攻角和所述任一分段處承受的載荷所對應的流體氣動數據中包括的入流角，確定所述任一分段的槳距角；將所述任一分段的當前槳距角調整至確定的槳距角。
可選地，載荷檢測單元從載荷資料庫獲取與所述任一分段的攻角和所述任一分段在所述任一位置處的流體氣動數據中包括的風速和湍流強度對應的載荷，其中，所述載荷資料庫具有與每個分段的多個攻角、多個風速、多個湍流強度的每個組合對應的載荷。
可選地，當所述預定測風區域為多個時，氣動數據檢測單元根據在每個預定測風區域檢測的風速分別確定在所述預定風電機組處的流體氣動數據；載荷檢測單元根據各個分別確定的在所述預定風電機組處的流體氣動數據，分別確定所述預定風電機組承受的載荷，並將分別確定的載荷之中的最大載荷作為最終的所述預定風電機組承受的載荷。
可選地，風速檢測單元檢測預定風電機組周圍的預定測風區域的預定海拔高度的風速，其中，所述設備還包括：預檢測單元，預先確定在預定風電機組周圍預設的至少一個測風區域處的至少一個海拔高度的風速與在所述預定風電機組處的流體氣動數據之間的關係，其中，氣動數據檢測單元根據預先確定的在預定風電機組周圍預設的至少一個測風區域處的至少一個海拔高度的風速與在所述預定風電機組處的流體氣動數據之間的關係，確定與檢測的風速對應的在所述預定風電機組處的流體氣動數據。
可選地，所述關係為預定資料庫，所述預定資料庫存儲有在至少一個測風區域處在至少一個海拔高度的多個風速、以及與每個測風區域處的每個風速對應的在所述預定風電機組處的流體氣動數據。
可選地，預檢測單元通過如下方式獲得與在任一測風區域處在任一海拔高度的任一風速對應的在所述預定風電機組處的流體氣動數據：獲取所述任一測風區域處的關於風速和海拔高度的函數；以獲取的函數作為入口邊界條件，建立大渦模擬模型；使用建立的大渦模擬模型確定與所述任一風速對應的在所述預定風電機組處的流體氣動數據。
可選地，所述函數為下面函數中的一個：風速與海拔高度之間的關係函數、風速、風的摩擦速度、海拔高度之間的關係函數、風速、海拔高度與大氣熱穩定度之間的關係函數。
可選地，預檢測單元通過如下方式建立大渦模擬模型：對包括所述預定風電機組和所述預定測風區域的預定範圍內的地形建立三維模型；對建立的三維模型進行網格劃分；設置入口邊界條件和湍流模型；利用網格劃分後的三維模型以及設置的入口邊界條件和湍流模型來建立大渦模擬模型。
可選地，預檢測單元還設置壁面函數，預檢測單元利用網格劃分後的三維模型以及設置的入口邊界條件、湍流模型和壁面函數來建立大渦模擬模型，
所述壁面函數如下：
U＝Uf×K×ln((z+z0)/z0)，
其中，U為平均風速，Uf為風的摩擦速度，K為卡門常數，z0為地表粗糙度長度，z為垂直坐標。
可選地，預檢測單元根據所述預定風電機組上的預定位置的坐標，通過建立的大渦模擬模型確定與所述任一風速對應的在所述預定位置處的風速和湍流強度，並根據確定的流體氣動數據中的風速確定入流角。
可選地，所述預定測風區域處於所述預定風電機組的上風側。
根據本發明的另一方面，提供一種控制風電機組的方法，所述方法包括：檢測預定風電機組周圍的預定測風區域的風速；根據檢測的風速確定在所述預定風電機組處的流體氣動數據；根據確定的流體氣動數據獲取所述預定風電機組承受的載荷；根據獲取的載荷對所述預定風電機組的運行進行控制。
可選地，根據獲取的載荷對所述預定風電機組的運行進行控制的步驟包括：當確定獲取的載荷對所述預定風電機組的運行產生影響時，對所述預定風電機組的運行進行控制，以消除所述影響。
可選地，所述預定風電機組的每個槳葉包括一個或多個分段，所述流體氣動數據為每個槳葉的每個分段處的流體氣動數據，所述載荷為每個槳葉的每個分段處承受的載荷。
可選地，根據獲取的載荷對所述預定風電機組的運行進行控制的步驟包括：當任一槳葉的任一分段所承受的載荷大於警戒載荷時，調整所述任一分段的槳距角，以使所述任一分段承受的載荷小於或等於警戒載荷。
可選地，根據確定的流體氣動數據獲取所述預定風電機組承受的載荷的步驟包括：根據每個分段的當前槳距角和每個分段處的流體氣動數據中包括的入流角，確定每個分段的攻角；根據每個分段的攻角和每個分段處的流體氣動數據中包括的風速和湍流強度確定每個分段處承受的載荷。
可選地，調整所述任一分段的槳距角的步驟包括：獲取在所述任一分段處的流體氣動數據中包括的風速和湍流強度的條件下使得所述任一分段承受的載荷小於或等於警戒載荷的攻角；根據獲取的攻角和所述任一分段處的流體氣動數據中包括的入流角，確定所述任一分段的槳距角；將所述任一分段的當前槳距角調整至確定的槳距角。
可選地，根據每個分段的攻角和每個分段處的流體氣動數據中包括的風速和湍流強度確定每個分段處承受的載荷的步驟包括：從載荷資料庫獲取與每個分段的攻角和每個分段處的流體氣動數據中包括的風速和湍流強度對應的載荷，其中，所述載荷資料庫具有與每個分段的多個攻角、多個風速、多個湍流強度的每個組合對應的載荷。
可選地，根據檢測的風速確定在所述預定風電機組處的流體氣動數據的步驟包括；當所述預定測風區域為多個時，根據在每個預定測風區域檢測的風速分別確定在所述預定風電機組處的流體氣動數據；根據確定的流體氣動數據獲取所述預定風電機組承受的載荷的步驟包括：根據各個分別確定的在所述預定風電機組處的流體氣動數據，分別確定所述預定風電機組承受的載荷，並將分別確定的載荷之中的最大載荷作為最終的所述預定風電機組承受的載荷用於所述控制的步驟。
可選地，檢測預定風電機組周圍的預定測風區域的風速的步驟包括：檢測預定風電機組周圍的預定測風區域的預定海拔高度的風速，其中，所述方法還包括：預先確定在預定風電機組周圍預設的至少一個測風區域處的至少一個海拔高度的風速與在所述預定風電機組處的流體氣動數據之間的關係，其中，根據檢測的風速確定在所述預定風電機組處的流體氣動數據的步驟包括：根據預先確定的在預定風電機組周圍預設的至少一個測風區域處的至少一個海拔高度的風速與在所述預定風電機組處的流體氣動數據之間的關係，確定與檢測的風速對應的在所述預定風電機組處的流體氣動數據。
可選地，所述關係為預定資料庫，所述預定資料庫存儲有在至少一個測風區域處在至少一個海拔高度的多個風速、以及與每個測風區域處的每個風速對應的在所述預定風電機組處的流體氣動數據。
可選地，與在任一測風區域處在任一海拔高度的任一風速對應的在所述預定風電機組處的流體氣動數據通過如下方式獲得：獲取所述任一測風區域處的關於風速和海拔高度的函數；以獲取的函數作為入口邊界條件，建立大渦模擬模型；使用建立的大渦模擬模型確定與所述任一風速對應的在所述預定風電機組處的流體氣動數據。
可選地，所述函數為下面函數中的一個：風速與海拔高度之間的關係函數、風速、風的摩擦速度、海拔高度之間的關係函數、風速、海拔高度與大氣熱穩定度之間的關係函數。
可選地，建立大渦模擬模型的步驟包括：對包括所述預定風電機組和所述預定測風區域的預定範圍內的地形建立三維模型；對建立的三維模型進行網格劃分；設置入口邊界條件和湍流模型；利用網格劃分後的三維模型以及設置的入口邊界條件和湍流模型來建立大渦模擬模型。
可選地，在對建立的三維模型進行網格劃分時，實際地理位置越崎嶇的地方，網格越密集。
可選地，建立大渦模擬模型的步驟還包括：設置壁面函數，利用網格劃分後的三維模型以及設置的入口邊界條件和湍流模型來建立大渦模擬模型的步驟包括：利用網格劃分後的三維模型以及設置的入口邊界條件、湍流模型和壁面函數來建立大渦模擬模型，所述壁面函數如下：
U＝Uf×K×ln((z+z0)/z0)，
其中，U為平均風速，Uf為風的摩擦速度，K為卡門常數，z0為地表粗糙度長度，z為垂直坐標。
可選地，使用建立的大渦模擬模型確定與所述任一風速對應的在所述預定風電機組處的流體氣動數據的步驟包括：根據所述預定風電機組上的預定位置的坐標，通過建立的大渦模擬模型確定與所述任一風速對應的在所述預定位置處的風速和湍流強度；並根據確定的流體氣動數據中的風速確定入流角。
可選地，在使用建立的大渦模擬模型確定與所述任一風速對應的在所述預定風電機組處的流體氣動數據時，以所述任一海拔高度和所述任一風速作為大渦模擬模型的初始邊界條件。
可選地，所述預定測風區域處於所述預定風電機組的上風側。
根據本發明的另一方面，提供一種控制風電機組的設備，所述設備包括：風速檢測單元，檢測預定風電機組周圍的預定測風區域的風速；氣動數據檢測單元，根據檢測的風速確定在所述預定風電機組處的流體氣動數據；載荷檢測單元，根據確定的流體氣動數據獲取所述預定風電機組承受的載荷；控制單元，根據獲取的載荷對所述預定風電機組的運行進行控制。
可選地，當控制單元確定獲取的載荷對所述預定風電機組的運行產生影響時，控制單元對所述預定風電機組的運行進行控制，以消除所述影響。
可選地，所述預定風電機組的每個槳葉包括一個或多個分段，所述流體氣動數據為每個槳葉的每個分段處的流體氣動數據，所述載荷為每個槳葉的每個分段處承受的載荷。
可選地，當任一槳葉的任一分段所承受的載荷大於警戒載荷時，控制單元調整所述任一分段的槳距角，以使所述任一分段承受的載荷小於或等於警戒載荷。
可選地，載荷檢測單元根據每個分段的當前槳距角和每個分段處的流體氣動數據中包括的入流角，確定每個分段的攻角；並根據每個分段的攻角和每個分段處的流體氣動數據中包括的風速和湍流強度確定每個分段處承受的載荷。
可選地，控制單元通過如下方式調整所述任一分段的槳距角：獲取在所述任一分段處的流體氣動數據中包括的風速和湍流強度的條件下使得所述任一分段承受的載荷小於或等於警戒載荷的攻角；根據獲取的攻角和所述任一分段處的流體氣動數據中包括的入流角，確定所述任一分段的槳距角；將所述任一分段的當前槳距角調整至確定的槳距角。
可選地，載荷檢測單元從載荷資料庫獲取與每個分段的攻角和每個分段處的流體氣動數據中包括的風速和湍流強度對應的載荷，其中，所述載荷資料庫具有與每個分段的多個攻角、多個風速、多個湍流強度的每個組合對應的載荷。
可選地，當所述預定測風區域為多個時，氣動數據檢測單元根據在每個預定測風區域檢測的風速分別確定在所述預定風電機組處的流體氣動數據；載荷檢測單元根據各個分別確定的在所述預定風電機組處的流體氣動數據，分別確定所述預定風電機組承受的載荷，並將分別確定的載荷之中的最大載荷作為最終的所述預定風電機組承受的載荷用於控制單元進行所述控制。
可選地，風速檢測單元檢測預定風電機組周圍的預定測風區域的預定海拔高度的風速，
其中，所述設備還包括：預檢測單元，預先確定在預定風電機組周圍預設的至少一個測風區域處的至少一個海拔高度的風速與在所述預定風電機組處的流體氣動數據之間的關係，
其中，氣動數據檢測單元根據預先確定的在預定風電機組周圍預設的至少一個測風區域處的至少一個海拔高度的風速與在所述預定風電機組處的流體氣動數據之間的關係，確定與檢測的風速對應的在所述預定風電機組處的流體氣動數據。
可選地，所述關係為預定資料庫，所述預定資料庫存儲有在至少一個測風區域處在至少一個海拔高度的多個風速、以及與每個測風區域處的每個風速對應的在所述預定風電機組處的流體氣動數據。
可選地，預檢測單元通過如下方式獲得與在任一測風區域處在任一海拔高度的任一風速對應的在所述預定風電機組處的流體氣動數據：獲取所述任一測風區域處的關於風速和海拔高度的函數；以獲取的函數作為入口邊界條件，建立大渦模擬模型；使用建立的大渦模擬模型確定與所述任一風速對應的在所述預定風電機組處的流體氣動數據。
可選地，所述函數為下面函數中的一個：風速與海拔高度之間的關係函數、風速、風的摩擦速度、海拔高度之間的關係函數、風速、海拔高度與大氣熱穩定度之間的關係函數。
可選地，預檢測單元通過如下方式建立大渦模擬模型：對包括所述預定風電機組和所述預定測風區域的預定範圍內的地形建立三維模型；對建立的三維模型進行網格劃分；設置入口邊界條件和湍流模型；利用網格劃分後的三維模型以及設置的入口邊界條件和湍流模型來建立大渦模擬模型。
可選地，在預檢測單元對建立的三維模型進行網格劃分時，實際地理位置越崎嶇的地方，網格越密集。
可選地，預檢測單元還設置壁面函數，預檢測單元利用網格劃分後的三維模型以及設置的入口邊界條件、湍流模型和壁面函數來建立大渦模擬模型，所述壁面函數如下：
U＝Uf×K×ln((z+z0)/z0)，
其中，U為平均風速，Uf為風的摩擦速度，K為卡門常數，z0為地表粗糙度長度，z為垂直坐標。
可選地，預檢測單元根據所述預定風電機組上的預定位置的坐標，通過建立的大渦模擬模型確定與所述任一風速對應的在所述預定位置處的風速和湍流強度，並根據確定的流體氣動數據中的風速確定入流角。
可選地，在使用建立的大渦模擬模型確定與所述任一風速對應的在所述預定風電機組處的流體氣動數據時，以所述任一海拔高度和所述任一風速作為大渦模擬模型的初始邊界條件。
可選地，所述預定測風區域處於所述預定風電機組的上風側。
根據本發明的控制風電機組的方法和設備，可以在來流到達風電機組之前確定出風電機組將要承受的載荷，從而給風電機組的運行控制操作留出了時間餘量。此外，根據本發明的控制風電機組的方法和設備，還可以以較細的粒度對風電機組進行控制，從而更有效地利用風能，並降低對風電機組的正常發電的影響，而不像現有技術根據風況對風電機組的運行進行整體控制。此外，根據本發明的控制風電機組的方法和設備，通過利用提出的大渦模擬模型來檢測流體氣動數據，在不需要在風電機組上安裝專門用於檢測流體氣動數據的傳感器的情況下，可以根據需要獲得風電機組上的期望位置的流體氣動數據，從而能夠以較低的成本獲得更多位置的流體氣動數據。
附圖說明
通過下面結合附圖進行的詳細描述，本發明的上述和其它目的、特點和優點將會變得更加清楚，其中：
圖1示出根據本發明的控制風電機組的方法的流程圖；
圖2示出根據本發明的實施例的調整任一槳葉的任一分段的槳距角的方法的流程圖；
圖3示出根據本發明的實施例的獲得與在任一測風區域處在任一海拔高度的任一風速對應的在所述預定風電機組處的流體氣動數據的流程圖；
圖4示出根據本發明的實施例的建立大渦模擬模型的流程圖；
圖5示出根據本發明的實施例的控制風電機組的設備的框圖。
具體實施方式
現在，將參照附圖更充分地描述不同的示例實施例。
在本發明的控制風電機組的方法中，通過在風電機組的周邊設置測風區域，通過測風區域的關於風的數據預測風電機組處的流體氣動數據。這樣，可以在來流到達風電機組之前確定出風電機組處未來的流體氣動數據和風電機組將要承受的載荷，從而給風電機組的運行控制操作留出了時間餘量。
圖1示出根據本發明的控制風電機組的方法的流程圖。
在步驟S110，檢測預定風電機組周圍的預定測風區域的風速。
可在預定風電機組的周圍預先預設至少一個測風區域。在一個實施例中，可在預定風電機組周圍每隔預定角度設置一測風區域。所述預定測風區域可以為設置的測風區域中的一個或多個測風區域。優選地，所述預定測風區域為所述至少一個測風區域中的處於所述預定風電機組的上風側的測風區域。應該理解，這裡上風側是指與當前風向垂直並且經過所述預定風機組的直線的來流的一側。更優選地，所述預定測風區域為所述預定風電機組前方(即，槳葉當前面向的方向)的測風區域。
可以通過各種方式來檢測上述風速。例如，可以在該預定測風區域設置風速計檢測風速、通過在風電機組上安裝雷射測風雷達來檢測預定測風區域處的風速。優選地，所述風速為預定海拔高度的風速。應該理解，這裡的風速為矢量，包括風速的大小和方向。
在步驟S120，根據檢測的風速確定在所述預定風電機組處的流體氣動數據。根據本發明的流體氣動數據可包括風速、湍流強度和入流角。
可預先確定在預定風電機組之外的預設的至少一個測風區域處的風速與在所述預定風電機組處的流體氣動數據之間的關係，然後根據預先確定的關係，確定與檢測的風速對應的在所述預定風電機組處的流體氣動數據。
在一個實施例中，所述關係通過預定資料庫體現，該預定資料庫包含各個測風區域處的各個風速以及對應的在所述預定風電機組處的流體氣動數據。這樣，在所述關係由預定資料庫體現的情況下，由於所述預定資料庫存儲有在所述預定測風區域處在所述預定海拔高度的多個風速、與每個測風區域處的每個風速對應的在所述預定風電機組處的流體氣動數據，因此從所述預定資料庫提取出與檢測的風速對應的在所述預定風電機組處的流體氣動數據。在所述預定風電機組處的流體氣動數據可包括所述預定風電機組上的預定位置(例如，需要確定載荷的部件)處的流體氣動數據。風電機組的每個槳葉根據設計可包括一個或多個分段，每個分段的槳距角可被單獨控制。在此情況下，所述預定位置可以為各個分段，所述流體氣動數據為每個槳葉的每個分段處的流體氣動數據。
可通過各種方式來建立上述預定資料庫。例如，通過實測、建模等來建立上述預定資料庫。在一個實施例中，可通過建立所述預定風電機組所在區域的流場模型，並基於建立的流場模型來建立上述預定資料庫。可利用建立的流場模型確定與各個測風區域處的多個風速對應的在所述預定風電機組處的流體氣動數據，從而建立上述預定資料庫。
可使用現有的各種流體模擬技術來建立流場模型。將在後面介紹本發明所提出的一種流場模型來建立上述預定資料庫的方法。
當所述預定測風區域為多個測風區域時，根據在每個預定測風區域檢測的風速分別確定在所述預定風電機組處的流體氣動數據。換言之，可以針對每個預定測風區域檢測出對應的流體氣動數據。
在步驟S130，根據確定的流體氣動數據獲取所述預定風電機組承受的載荷。
可根據流體氣動數據中包括的風速、湍流強度和入流角確定所述預定風電機組承受的載荷。具體地說，首先根據需要確定載荷的部件的當前姿態和需要確定載荷的部件處的流體氣動數據中包括的入流角，確定每個需要確定載荷的部件的攻角；然後根據每個需要確定載荷的部件的攻角和每個需要確定載荷的部件處的流體氣動數據中包括的風速和湍流強度確定每個需要確定載荷的部件處承受的載荷。
優選地，根據流體氣動數據中包括的風速、湍流強度和入流角確定每個槳葉的每個分段承受的載荷。
在一個實施例中，每個分段處承受的載荷為在當前位置處承受的載荷。換言之，每個分段處的流體氣動數據為每個分段的當前位置處的流體氣動數據，根據該流體氣動數據來確定每個分段承受的載荷。
在另一實施例中，每個分段處承受的載荷為每個分段在自己的運動軌跡上的多個位置處承受的載荷中的最大載荷。換言之，每個分段處的流體氣動數據包括每個分段在自己的運動軌跡上的多個位置處的流體氣動數據。此時，可根據每個分段的每個位置處的流體氣動數據來確定每個分段在每個位置處承受的載荷，並找出其中最大的載荷。風電機組的槳葉繞軸旋轉，相應地，槳葉上的每個分段也是繞軸旋轉。每個分段的運動軌跡為圓形。例如，可以在該圓形上每隔預定角度設置一個位置。應該理解，這裡的運動軌跡是在風電機組的槳葉的當前整體姿態下的運動軌跡。
任一分段在任一位置處(例如，當前位置或運動軌跡上的任一位置)承受的載荷通過如下步驟獲得：根據所述任一分段的當前槳距角和所述任一分段在所述任一位置處的流體氣動數據中包括的入流角，確定所述任一分段在所述任一位置處的攻角；根據所述任一分段的攻角和所述任一分段在所述任一位置處的流體氣動數據中包括的風速和湍流強度確定所述任一分段在所述任一位置處承受的載荷。
在一個實施例中，可以基於上述過程實時計算上述載荷。
此外，在一個優選實施例中，可以預先計算出多個攻角、多個風速和多個湍流強度下每個分段處承受的載荷，從而建立載荷資料庫。在此情況下，所述載荷資料庫具有與每個分段的多個攻角、多個風速、多個湍流強度的每個組合對應的載荷。當獲得了攻角、風速和湍流強度時，通過查詢載荷資料庫來確定對應的載荷。這樣，可以進一步提高確定載荷的速度。
上面描述根據確定的與單個預定測風區域對應的流體氣動數據獲取所述預定風電機組承受的載荷。當所述預定測風區域為多個測風區域時，可利用上述方式根據與每個預定測風區域對應的流體氣動數據，分別獲取所述預定風電機組承受的載荷。換言之，可以針對每個預定測風區域獲取對應的所述預定風電機組承受的載荷。在此情況下，可將獲取的載荷中的最大載荷作為最終的所述預定風電機組承受的載荷。例如，對於任一分段在任一位置處的載荷，可根據來自多個測風區域的風速所確定的在所述任意位置處的流體氣動數據分別計算多個載荷，將其中最大的載荷作為最終的載荷，也即，下面的步驟S140使用的每個載荷是針對多個測風區域計算的多個載荷中的最大載荷。由於使用了多個測風區域作為預定測風區域，進一步增加了安全冗餘度。在步驟S140，根據獲取的載荷對所述預定風電機組的運行進行控制。
首先判斷獲取的載荷是否將會對所述預定風電機組的運行產生影響。當確定獲取的載荷對所述預定風電機組的運行產生影響時，對所述預定風電機組的運行進行控制，以消除所述影響。當某一部件承受的載荷大於警戒載荷時，可單獨對該部件進行控制，來使得部件承受的載荷不大於警戒載荷。
在一個實施例中，當任一槳葉的任一分段所承受的載荷大於警戒載荷時，調整所述任一分段的槳距角，以使所述任一分段承受的載荷小於或等於警戒載荷。
下面參照圖2描述調整任一分段的槳距角的方法。圖2示出根據本發明的實施例的調整任一槳葉的任一分段的槳距角的方法的流程圖。
在步驟S210，獲取在所述任一分段處承受的載荷(例如，當前位置處承受的最大載荷或運動軌跡上多個位置處承受的最大載荷)所對應的流體氣動數據(即，用於獲取該載荷的流體氣動數據)中包括的風速和湍流強度的條件下使得所述任一分段承受的載荷小於或等於警戒載荷的攻角。換言之，根據風速、湍流強度和載荷反向推算攻角。例如，可以通過實時計算或者基於風速和湍流強度查詢上面提到的資料庫獲得使得所述任一分段承受的載荷小於或等於警戒載荷的攻角。在希望最小化對風電機組的影響的情況下，獲取使得所述任一分段承受的載荷等於警戒載荷的攻角。
在步驟S220，根據獲取的攻角和所述任一分段處承受的載荷所對應的流體氣動數據中包括的入流角，確定所述任一分段的槳距角。
在步驟S230，將所述任一分段的當前槳距角調整至確定的槳距角。
現有技術在根據風況對風電機組進行避險控制時，通常根據風況對風電機組的運行進行整體控制，而沒有針對槳葉的每個分段的風況單獨對每個分段進行控制，這會導致風電機組的發電波動較大。也就是說，現有技術中，對槳葉進行分段僅是利用分段調整轉速來實現風電機組的整體發電目標，而沒有針對單個分段進行避險控制。而根據本發明，針對槳葉的每個分段的風況單獨對每個分段進行控制，可以以較細的粒度進行控制，從而更有效地利用風能，並降低對風電機組的正常發電的影響，而不像現有技術根據風況對風電機組的運行進行整體控制。
下面詳細描述根據本發明的實施例的建立在步驟S120中使用的預定資料庫的方法。
在一個實施例中，所述預定資料庫存儲有在所述至少一個測風區域處在至少一個海拔高度的多個風速、以及與每個測風區域處的每個風速對應的在所述預定風電機組處的流體氣動數據。
下面詳細描述獲得預定資料庫中的不同測風區域處的各個海拔高度處的不同風速下在所述預定風電機組處的流體氣動數據的處理。
需要針對每個測風區域來預先獲得在至少一個海拔高度處的不同風速以及與不同風速對應的在所述預定風電機組處的流體氣動數據。
對於任一測風區域，需要建立對應的大渦模擬模型，來獲取在該任一測風區域處在至少一個海拔高度處的不同風速以及與不同風速對應的在所述預定風電機組處的流體氣動數據。在此情況下，優選地，當預定風電機組的周圍存在對預定風電機組的來流產生影響的對象時，在所述對象的上風處設置測風區域(即，所述對象位於測風區域與預定風電機組之間)。來流產生影響的對象可以是例如，障礙物(例如，山、樹林)、凹坑(例如，峽谷、湖泊、河流等)以及對來流產生影響的其他地形地貌。
下面參照圖3和圖4來描述獲得與在任一測風區域處在任一海拔高度的任一風速對應的在所述預定風電機組處的流體氣動數據的過程。
圖3示出根據本發明的實施例的獲得與在任一測風區域處在任一海拔高度的任一風速對應的在所述預定風電機組處的流體氣動數據的流程圖。
在步驟S310，獲取所述任一測風區域處的關於風速和海拔高度的函數。換言之，需要獲得在該任一測風區域處的地理狀況對不同海拔高度的風速的影響情況。
關於風速和海拔高度的函數可以為下面函數中的一個：風速與海拔高度之間的關係函數、風速、風的摩擦速度、海拔高度之間的關係函數、風速、海拔高度與大氣熱穩定度之間的關係函數。
在步驟S320，以獲取的函數作為入口邊界條件，建立大渦模擬模型。
下面參照圖4描述建立大渦模擬模型的過程。圖4示出根據本發明的實施例的建立大渦模擬模型的流程圖。
如圖4所示，在步驟S410，對包括所述預定風電機組和所述預定測風區域的預定範圍內的地形建立三維模型。也就是說，將所述預定範圍內的地形的三維形態進行數據化，以便進行後續的建模。
在步驟S420，對建立的三維模型進行網格劃分。在一個優選實施例中，進一步考慮實際地形的崎嶇程度，在對建立的三維模型進行網格劃分時，實際地理位置越崎嶇的地方，網格越密集。
在步驟S430，設置入口邊界條件和湍流模型。這裡，入口邊界條件為在步驟S310中確定的函數。與使用風速與海拔高度之間的關係函數作為入口邊界條件相比，使用風速、風的摩擦速度、海拔高度之間的關係函數作為入口邊界條件進一步考慮了地表粗糙度的影響，最終得到的流體氣動數據會更為準確。與使用風速、風的摩擦速度、海拔高度之間的關係函數作為入口邊界條件相比，使用風速、海拔高度與大氣熱穩定度之間的關係函數作為入口邊界條件，可以在不同的氣流環境下得到更可靠的流體氣動數據。湍流模型可使用用於進行大渦模擬的各種湍流模型(例如，亞格子模型)，本發明不進行限制。
在步驟S440，利用網格劃分後的三維模型以及設置的入口邊界條件和湍流模型來建立大渦模擬模型。
在一個優選實施例中，在建立大渦模擬模型時還可進一步考慮設置壁面函數，以對一些複雜地形(例如，山區)進行更準確地建模。所述壁面函數如下面的式(1)所示：
U＝Uf×K×ln((z+z0)/z0) (1)
其中，U為平均風速，Uf為風的摩擦速度，K為卡門常數，z0為地表粗糙度長度，z為垂直坐標。
在步驟S330，使用建立的大渦模擬模型確定與所述任一風速對應的在所述預定風電機組處的流體氣動數據。
在使用建立的大渦模擬模型確定與所述任一風速對應的在所述預定風電機組處的流體氣動數據時，以所述任一海拔高度和所述任一風速作為大渦模擬模型的初始邊界條件。在大渦模擬模型被設置了初始邊界條件之後，可根據測點的坐標來獲得測點處的流體氣動數據。
在此情況下，可根據所述預定風電機組上的預定位置的坐標，通過建立的大渦模擬模型確定與所述任一風速對應的在所述預定位置處的流體氣動數據。
可通過大渦模擬模型直接獲得所述預定位置處的風速和/或湍流強度。此外，還可進一步根據獲得的流體氣動數據中的風速確定所述預定位置處的入流角。
下面詳細描述根據本發明的是實力的控制風電機組的設備。
根據本發明的實施例的控制風電機組的設備，通過在風電機組的周邊設置的測風區域測的關於風的數據確定風電機組處的流體氣動數據。這樣，所述設備可以在來流到達風電機組之前確定出風電機組處未來的流體氣動數據和風電機組將要承受的載荷，從而給風電機組的運行控制操作留出了時間餘量。
圖5示出根據本發明的實施例的控制風電機組的設備的框圖。
如圖5所示，根據本發明的實施例的控制風電機組的設備500包括風速檢測單元510、氣動數據檢測單元520、載荷檢測單元530、控制單元540。
風速檢測單元510檢測預定風電機組周圍的預定測風區域的風速。
可在預定風電機組的周圍預設至少一個測風區域。在一個實施例中，可在預定風電機組周圍每隔預定角度設置一測風區域。所述預定測風區域可以為設置的測風區域中的一個或多個測風區域。優選地，所述預定測風區域為所述至少一個測風區域中的處於所述預定風電機組的上風側的測風區域。應該理解，這裡上風側是指與當前風向垂直並且經過所述預定風機組的直線的來流的一側。更優選地，所述預定測風區域為所述預定風電機組前方(即，槳葉當前面向的方向)的測風區域。
風速檢測單元510可以通過各種方式來檢測上述風速。例如，風速檢測單元510可以通過在該預定測風區域設置風速計檢測風速、通過在風電機組上安裝雷射測風雷達來檢測預定測風區域處的風速。優選地，所述風速為預定海拔高度的風速。應該理解，這裡的風速為矢量，包括風速的大小和方向。
氣動數據檢測單元520根據檢測的風速確定在所述預定風電機組處的流體氣動數據。根據本發明的流體氣動數據可包括風速、湍流強度和入流角。
可預先確定在預定風電機組之外的預設的至少一個測風區域處的風速與在所述預定風電機組處的流體氣動數據之間的關係，然後氣動數據檢測單元520根據預先確定的關係，確定與檢測的風速對應的在所述預定風電機組處的流體氣動數據。在一個實施例中，設備500還可包括預檢測單元，用於可預先確定在預定風電機組之外的預設的至少一個測風區域處的風速與在所述預定風電機組處的流體氣動數據之間的關係。例如，預檢測單元可預先確定在預定風電機組周圍預設的至少一個測風區域處的至少一個海拔高度的風速與在所述預定風電機組處的流體氣動數據之間的關係。
在一個實施例中，所述關係通過預定資料庫體現，該預定資料庫包含各個測風區域處的各個風速以及對應的在所述預定風電機組處的流體氣動數據。這樣，在所述關係由預定資料庫體現的情況下，由於所述預定資料庫存儲有在所述預定測風區域處在所述預定海拔高度的多個風速、與每個測風區域處的每個風速對應的在所述預定風電機組處的流體氣動數據，因此從所述預定資料庫提取出與檢測的風速對應的在所述預定風電機組處的流體氣動數據。在所述預定風電機組處的流體氣動數據可包括所述預定風電機組上的預定位置(例如，需要確定載荷的部件)處的流體氣動數據。風電機組的每個槳葉根據設計可包括一個或多個分段，每個分段的槳距角可被單獨控制。在此情況下，所述預定位置可以為各個分段，所述流體氣動數據為每個槳葉的每個分段處的流體氣動數據。
可通過各種方式來建立上述預定資料庫。例如，通過實測、建模等來建立上述預定資料庫。在一個實施例中，可通過建立所述預定風電機組所在區域的流場模型，並基於建立的流場模型來建立上述預定資料庫。例如，可利用建立的流場模型確定與各個測風區域處的多個風速對應的在所述預定風電機組處的流體氣動數據，從而建立上述預定資料庫。
可使用現有的各種流體模擬技術來建立流場模型。將在後面介紹本發明所提出的一種流場模型來建立上述預定資料庫的方法。
當所述預定測風區域為多個測風區域時，氣動數據檢測單元520根據在每個預定測風區域檢測的風速分別確定在所述預定風電機組處的流體氣動數據。換言之，可以針對每個預定測風區域檢測出對應的流體氣動數據。
載荷檢測單元530根據確定的流體氣動數據獲取所述預定風電機組承受的載荷。
載荷檢測單元530可根據流體氣動數據中包括的風速、湍流強度和入流角確定所述預定風電機組承受的載荷。具體地說，載荷檢測單元530首先根據需要確定載荷的部件的當前姿態和需要確定載荷的部件處的流體氣動數據中包括的入流角，確定每個需要確定載荷的部件的攻角；然後根據每個需要確定載荷的部件的攻角和每個需要確定載荷的部件處的流體氣動數據中包括的風速和湍流強度確定每個需要確定載荷的部件處承受的載荷。
優選地，載荷檢測單元530根據流體氣動數據中包括的風速、湍流強度和入流角確定每個槳葉的每個分段承受的載荷。
在一個實施例中，每個分段處承受的載荷為在當前位置處承受的載荷。換言之，每個分段處的流體氣動數據為每個分段的當前位置處的流體氣動數據，載荷檢測單元530根據該流體氣動數據來確定每個分段承受的載荷。
在另一實施例中，每個分段處承受的載荷為每個分段在自己的運動軌跡上的多個位置處承受的載荷中的最大載荷。換言之，每個分段處的流體氣動數據包括每個分段在自己的運動軌跡上的多個位置處的流體氣動數據。此時，載荷檢測單元530可根據每個分段的每個位置處的流體氣動數據來確定每個分段在每個位置處承受的載荷，並找出其中最大的載荷。風電機組的槳葉繞軸旋轉，相應地，槳葉上的每個分段也是繞軸旋轉。每個分段的運動軌跡為圓形。例如，可以在該圓形上每隔預定角度設置一個位置。應該理解，這裡的運動軌跡是在風電機組的槳葉的當前整體姿態下的運動軌跡。
載荷檢測單元530可通過如下方式獲得任一分段在任一位置處(例如，當前位置或運動軌跡上的任一位置)承受的載荷：根據所述任一分段的當前槳距角和所述任一分段在所述任一位置處的流體氣動數據中包括的入流角，確定所述任一分段在所述任一位置處的攻角；根據所述任一分段的攻角和所述任一分段在所述任一位置處的流體氣動數據中包括的風速和湍流強度確定所述任一分段在所述任一位置處承受的載荷。
在一個實施例中，載荷檢測單元530可以基於上述過程實時計算上述載荷。
此外，在一個優選實施例中，可以預先計算出多個攻角、多個風速和多個湍流強度下每個分段處承受的載荷，從而建立載荷資料庫。在此情況下，所述載荷資料庫具有與每個分段的多個攻角、多個風速、多個湍流強度的每個組合對應的載荷。當獲得了攻角、風速和湍流強度時，載荷檢測單元530通過查詢載荷資料庫來確定對應的載荷。這樣，可以進一步提高確定載荷的速度。
上面描述根據確定的與單個預定測風區域對應的流體氣動數據獲取所述預定風電機組承受的載荷。當所述預定測風區域為多個測風區域時，可利用上述方式根據與每個預定測風區域對應的流體氣動數據，分別獲取所述預定風電機組承受的載荷。換言之，可以針對每個預定測風區域獲取對應的所述預定風電機組承受的載荷。在此情況下，可將獲取的載荷中的最大載荷作為最終的所述預定風電機組承受的載荷。例如，對於任一分段在任一位置處的載荷，可根據來自多個測風區域的風速所確定的在所述任意位置處的流體氣動數據分別計算多個載荷，將其中最大的載荷作為最終的載荷，也即，控制單元540使用的每個載荷是針對多個測風區域計算的多個載荷中的最大載荷。由於使用了多個測風區域作為預定測風區域，進一步增加了安全冗餘度。
控制單元540根據獲取的載荷對所述預定風電機組的運行進行控制。控制單元540首先判斷獲取的載荷是否將會對所述預定風電機組的運行產生影響。當確定獲取的載荷對所述預定風電機組的運行產生影響時，控制單元540對所述預定風電機組的運行進行控制，以消除所述影響。當某一部件承受的載荷大於警戒載荷時，可單獨對該部件進行控制，來使得部件承受的載荷不大於警戒載荷。
在一個實施例中，當任一槳葉的任一分段所承受的載荷大於警戒載荷時，控制單元540調整所述任一分段的槳距角，以使所述任一分段承受的載荷小於或等於警戒載荷。
具體地說，控制單元540首先獲取在所述任一分段處承受的載荷(例如，當前位置處承受的最大載荷或運動軌跡上多個位置處承受的最大載荷)所對應的流體氣動數據中包括的風速和湍流強度的條件下使得所述任一分段承受的載荷小於或等於警戒載荷的攻角。例如，可以通過實時計算或者基於風速和湍流強度查詢上面提到的資料庫獲得使得所述任一分段承受的載荷小於或等於警戒載荷的攻角。在希望最小化對風電機組的影響的情況下，獲取使得所述任一分段承受的載荷等於警戒載荷的攻角。
隨後，控制單元540根據獲取的攻角和所述任一分段處承受的載荷所對應的流體氣動數據中包括的入流角，確定所述任一分段的槳距角。
隨後，控制單元540將所述任一分段的當前槳距角調整至確定的槳距角。
現有技術在根據風況對風電機組進行避險控制時，通常根據風況對風電機組的運行進行整體控制，而沒有針對槳葉的每個分段的風況單獨對每個分段進行控制，這會導致風電機組的發電波動較大。也就是說，現有技術中，對槳葉進行分段僅是利用分段調整轉速來實現風電機組的整體發電目標，而沒有針對單個分段進行避險控制。而根據本發明，針對槳葉的每個分段的風況單獨對每個分段進行控制，可以以較細的粒度進行控制，從而更有效地利用風能，並降低對風電機組的正常發電的影響，而不像現有技術根據風況對風電機組的運行進行整體控制。
下面詳細描述根據本發明的實施例的預檢測單元建立預定資料庫的處理。
在一個實施例中，所述預定資料庫存儲有在所述至少一個測風區域處在至少一個海拔高度的多個風速、以及與每個測風區域處的每個風速對應的在所述預定風電機組處的流體氣動數據。
下面詳細描述預檢測單元獲得預定資料庫中的不同測風區域處的各個海拔高度處的不同風速下在所述預定風電機組處的流體氣動數據的處理。
預檢測單元需要針對每個測風區域來預先獲得在至少一個海拔高度處的不同風速以及與不同風速對應的在所述預定風電機組處的流體氣動數據。
對於任一測風區域，預檢測單元需要建立對應的大渦模擬模型，來獲取在該任一測風區域處在至少一個海拔高度處的不同風速以及與不同風速對應的在所述預定風電機組處的流體氣動數據。在此情況下，優選地，當預定風電機組的周圍存在對預定風電機組的來流產生影響的對象時，在所述對象的上風處設置測風區域(即，所述對象位於測風區域與預定風電機組之間)。來流產生影響的對象可以是例如，障礙物(例如，山、樹林)、凹坑(例如，峽谷、湖泊、河流等)以及對來流產生影響的其他地形地貌。
下面描述預檢測單元獲得與在任一測風區域處在任一海拔高度的任一風速對應的在所述預定風電機組處的流體氣動數據的過程。
首先，預檢測單元獲取所述任一測風區域處的關於風速和海拔高度的函數。換言之，需要獲得在該任一測風區域處的地理狀況對不同海拔高度的風速的影響情況。
關於風速和海拔高度的函數可以為下面函數中的一個：風速與海拔高度之間的關係函數、風速、風的摩擦速度、海拔高度之間的關係函數、風速、海拔高度與大氣熱穩定度之間的關係函數。
隨後，預檢測單元以獲取的函數作為入口邊界條件，建立大渦模擬模型。
最後，預檢測單元使用建立的大渦模擬模型確定與所述任一風速對應的在所述預定風電機組處的流體氣動數據。
在使用建立的大渦模擬模型確定與所述任一風速對應的在所述預定風電機組處的流體氣動數據時，預檢測單元以所述任一海拔高度和所述任一風速作為大渦模擬模型的初始邊界條件。在大渦模擬模型被設置了初始邊界條件之後，可根據測點的坐標來獲得測點處的流體氣動數據。
在此情況下，預檢測單元可根據所述預定風電機組上的預定位置的坐標，通過建立的大渦模擬模型確定與所述任一風速對應的在所述預定位置處的流體氣動數據。
預檢測單元可通過大渦模擬模型直接獲得所述預定位置處的風速和/或湍流強度。此外，預檢測單元還可進一步根據獲得的流體氣動數據中的風速確定所述預定位置處的入流角。
下面參照圖4描述建立大渦模擬模型的過程。圖4示出根據本發明的實施例的建立大渦模擬模型的流程圖。
為了建立對應於任一測風區域的大渦模擬模型，預檢測單元首先對包括所述預定風電機組和所述預定測風區域的預定範圍內的地形建立三維模型。也就是說，將所述預定範圍內的地形的三維形態進行數據化，以便進行後續的建模。
隨後，預檢測單元對建立的三維模型進行網格劃分。在一個優選實施例中，進一步考慮實際地形的崎嶇程度，在對建立的三維模型進行網格劃分時，實際地理位置越崎嶇的地方，網格越密集。
隨後，預檢測單元設置入口邊界條件和湍流模型。這裡，入口邊界條件為在上面獲取的函數。與使用風速與海拔高度之間的關係函數作為入口邊界條件相比，使用風速、風的摩擦速度、海拔高度之間的關係函數作為入口邊界條件進一步考慮了地表粗糙度的影響，最終得到的流體氣動數據會更為準確。與使用風速、風的摩擦速度、海拔高度之間的關係函數作為入口邊界條件相比，使用風速、海拔高度與大氣熱穩定度之間的關係函數作為入口邊界條件，可以在不同的氣流環境下得到更可靠的流體氣動數據。湍流模型可使用用於進行大渦模擬的各種湍流模型(例如，亞格子模型)，本發明不進行限制。
隨後，預檢測單元利用網格劃分後的三維模型以及設置的入口邊界條件和湍流模型來建立大渦模擬模型。
在一個優選實施例中，在建立大渦模擬模型時還可進一步考慮設置壁面函數，以對一些複雜地形(例如，山區)進行更準確地建模。所述壁面函數為如上面提到的式(1)所示。
根據本發明的控制風電機組的方法和設備，可以在來流到達風電機組之前確定出風電機組將要承受的載荷，從而給風電機組的運行控制操作留出了時間餘量。此外，根據本發明的控制風電機組的方法和設備，還可以以較細的粒度對風電機組進行控制，從而更有效地利用風能，並降低對風電機組的正常發電的影響，而不像現有技術根據風況對風電機組的運行進行整體控制。此外，根據本發明的控制風電機組的方法和設備，通過利用提出的大渦模擬模型來檢測流體氣動數據，在不需要在風電機組上安裝專門用於檢測流體氣動數據的傳感器的情況下，可以根據需要獲得風電機組上的期望位置的流體氣動數據，從而能夠以較低的成本獲得更多位置的流體氣動數據。
此外，根據本發明的示例性實施例的上述方法可以被實現為計算機可讀介質上的電腦程式，從而當運行該程序時，實現上述方法。
此外，根據本發明的示例性實施例的上述設備中的各個單元可被實現硬體組件或軟體模塊。此外，本領域技術人員可根據限定的各個單元所執行的處理，通過例如使用現場可編程門陣列(FPGA)、專用集成電路(ASIC)或處理器來實現各個硬體組件，可以通過編程技術來實現各個軟體模塊。
儘管已經參照其示例性實施例具體顯示和描述了本發明，但是本領域的技術人員應該理解，在不脫離權利要求所限定的本發明的精神和範圍的情況下，可以對其進行形式和細節上的各種改變。