本发明涉及海上风力发电控制技术领域，具体是一种基于冗余分组的海上风电场安全控制方法。
背景技术：
在日益重视环保问题的当今，清洁能源被越发重视。同时，为了迎接未来能源危机的挑战，风能这一古老能源又在很多国家和地区得到青睐。风力发电是当今清洁能源的主要来源，具有广阔的发展前景，和其他发电方式相比，它的建设周期短，装机规模灵活，筹集资金便利；运行简单，在山丘、海边、河堤、荒漠等地形条件下均可建设。
随着我国并网风力发电机组的单机容量日益增大，以及大型风电场的规划、建设和运行，风力发电的应用前景越来越广阔。与此同时，对风力发电机组安全性能的要求也越来越高。尤其是在一些环境比较恶劣的地方，例如海上风电场，风电机组将面临比较恶劣的运行环境。因此如何提高和保障风力发电机组的运行可靠性和安全性已经成为了国内外工程界和学术界关注的焦点。
由于海上风电机组所处的环境复杂恶劣，承受着多种随时空变化的随机载荷，导致海上风电机组的机构构件和整体抗力衰减，极大程度地影响风电机组结构的服役安全度和耐久性。恶劣的环境加之风的不稳定性，增加了控制的难度，而现有的风电场内机组控制方式大都为单机控制，没有考虑前排风电机组对后排的影响，海上风电场的整体安全性有待提高。
技术实现要素：
本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，提供一种基于冗余分组的海上风电场安全控制方法，通过冗余分组，将前排风电机组对后排风电机组的影响，在前排风机受风到后排风机受风这一段时间内计算出来，后排风机接收该信息并提前动作应对，有效提高了海上风电场的整体安全性。
本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：
一种基于冗余分组的海上风电场安全控制方法，包括步骤：
s1、在风电场中的每个风电机组上均安装中央处理器、风速风向仪、塔筒、叶片、偏航系统、变桨系统、减振系统和振动传感器；
s2、对风电场中的风电机组进行冗余分组；
s3、风电机组上的风速风向仪用于收集来风信息，并将数据传递到中央处理器，中央处理器根据数据做出判断，控制偏航系统工作；同时，前排的风电机组根据风电机组分组情况，对后排风电机组进行安全预示控制；
s4、风电机组上的振动传感器用于采集海浪对风电机组造成的影响，并将数据传递到中央处理器，中央处理器根据数据做出判断，当振动异常时进行减振系统和变桨系统动作，减小振动影响；同时，前排的风电机组根据风电机组分组情况，对后排风电机组进行安全预示控制。
优选的，所述步骤s2具体包括：
以前排风电机组的扇形尾流区域为界限，当有后排风电机组处于该区域内时，此风电机组则为该前排风电机组的组内风机，会接收到该前排风电机组发送的安全预示控制信息；
若某一后排风电机组同时处于不同的前排风电机组组内，则能接收到不同前排风电机组发送的安全预示控制信息，该后排风电机组的中央处理器会融合所有接收到的信息，最后给该风电机组发送控制指令。
优选的，在前排风电机组对后排风电机组进行安全预示控制中的功率控制时，通过公式
计算每台风电机组的输入风速，风电机组以该输入风速为输入量提前调整发电功率；
式中：yl,w和al,w分别表示对机组l输入风速有影响的第w台上风向机组的偏航角和诱导因子；
yl＝{yl,1,yl,2,...,yl,m}表示对机组l输入风速有影响的全部m台上风向机组的偏航角的集合；
al＝{al,1,al,2,...,al,m}表示对机组l输入风速有影响的全部m台上风向机组的诱导因子的集合。
优选的，所述步骤s3具体包括步骤：
s31、第1排风电机组受风之后，安装于机舱上的风速风向仪收集到来风信息之后，将此数据发送到中央处理器；
s32、当来风风速超过风电机组的切出速度时，中央处理器控制偏航系统执行90°侧风偏航并停机，同时对所有后排风电机组发送该安全预示控制信息；
s33、所有后排风电机组的中央处理器接收到该控制信息之后，控制偏航系统执行90°侧风偏航并停机；
s34、当来风风速处于风电机组的切入风速和切出风速之间，但风速/风向变化频率较快时，中央处理器计算出其尾流影响区域，并以此进行冗余分组，对后排风电机组发送安全预示控制信息；
s35、后排风电机组的中央处理器接收到安全预示控制信息之后，对风电机组发送指令，进行偏航控制、功率控制；
s36、第2排，第3排…第(n-1)排风电机组受风之后，重复步骤s34-s35，对后排风电机组进行安全预示控制。
优选的，所述步骤s4具体包括步骤：
s41、当第1排风电机组受海浪影响后，安装于塔筒和叶片根部的振动传感器采集到振动信号，并将此信号传输至第1排风电机组的中央处理器；
s42、所述中央处理器接收到振动信号的数据之后，经数据处理，去除自振影响和数据融合后，利用jdl模型进行计算；
s43、当第1排风电机组振动异常时，所述中央处理器发送控制指令，通过控制减振系统和微调桨距角方式，减弱振动的影响，同时，第1排风电机组根据前文所述冗余分组情况，对后排风电机组发送安全预示控制信息；
s44、第2排，第3排…第(n-1)排风电机组按照步骤s43对后排风电机组进行安全预示控制。
优选的，当海浪过于剧烈，减振系统和变桨系统动作后，第1排风电机组仍然振动异常，此时第1排风电机组强制停机，同时，第1排风电机组的中央处理器发送停机的安全预示控制指令给后排风电机组，后排风电机组的中央处理器接收到数据后进行停机控制。
对比现有技术，本发明的有益效果在于：
1、风信号和振动信号是监测风电机组运行状态的重要指标，本发明通过监测风信号和风电机组的振动信号，获知风电机组的运行状态，从而做出相应控制方案以保证风电机组的安全运行；
2、本发明通过冗余分组，将前排风电机组对后排风电机组的影响，在前排风机受风到后排风机受风这一段时间内计算出来，后排风机接收该信息并提前动作应对，有效提高了海上风电场的整体安全性。
附图说明
附图1是本发明的控制原理框图；
附图2是风电机组的尾流影响范围图；
附图3是风电场的冗余分组示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。
实施例：如附图1-3所示，本发明所述是一种基于冗余分组的海上风电场安全控制方法，包括步骤：
s1、在风电场中的每个风电机组上均安装中央处理器、风速风向仪、塔筒、叶片、偏航系统、变桨系统、减振系统和振动传感器。
s2、对风电场中的风电机组进行冗余分组；
冗余分组方法具体如下：
每台风电机组的尾流影响范围如图2所示，其中，
以前排风电机组的扇形尾流区域为界限，当有后排风电机组处于该尾流范围内，此风电机组则为该前排风电机组的组内风机，会接收到该前排风电机组发送的安全预示控制信息；若某一后排风电机组同时处于不同的前排风电机组组内，则能接收到不同前排风电机组发送的安全预示控制信息，该后排风电机组的中央处理器会融合所有接收到的信息，最后给该风电机组发送控制指令；
当有后排风电机组处于该尾流范围内，则前排风电机组的中央控制器对该机组发送安全预示控制信息，该风电机组的中央处理器接收到所有的安全预示控制信息之后，进行信息融合处理，做出最终的控制动作；
具体过程如附图3所示，wt4的中央处理器将接收到wt1的中央处理器发送的安全预示控制信息，wt5将接收到wt1和wt2发送的安全预示控制信息，wt6将接收到wt2和wt3发送的安全预示控制信息，wt7将接收到wt1、wt4和wt5发送的安全预示控制信息，wt8将接收到wt1、wt2、wt5和wt6发送的安全预示控制信息，wt9将接收到wt2、wt3和wt6发送的安全预示控制信息，接收到安全预示控制信息的风电机组分别并将收到的信息进行融合处理，得到最终的控制信息。
优选的，在前排风电机组对后排风电机组进行安全预示控制中的功率控制时，通过公式
计算每台风电机组的输入风速，风电机组以该输入风速为输入量提前调整发电功率；
式中：yl,w和al,w分别表示对机组l输入风速有影响的第w台上风向机组的偏航角和诱导因子；
yl＝{yl,1,yl,2,...,yl,m}表示对机组l输入风速有影响的全部m台上风向机组的偏航角的集合；
al＝{al,1,al,2,...,al,m}表示对机组l输入风速有影响的全部m台上风向机组的诱导因子的集合。
s3、在大风条件下或在风速/风向不稳定条件下，安装于前排风电机组上的风速风向仪收集来风信息，并将数据传递到中央处理器，中央处理器根据数据做出判断，控制偏航系统工作；同时，前排的风电机组根据风电场中风电机组分组情况，对后排风电机组进行安全预示控制。
其具体过程如下：
s31、第1排风电机组受风之后，安装于机舱上的风速风向仪收集到来风信息之后，将此数据发送到中央处理器；
s32、当来风风速超过风电机组的切出速度时，中央处理器控制偏航系统执行90°侧风偏航并停机，同时对所有后排风电机组发送该安全预示控制信息；
s33、所有后排风电机组的中央处理器接收到该控制信息之后，控制偏航系统执行90°侧风偏航并停机；
s34、当来风风速处于风电机组的切入风速和切出风速之间，但风速/风向变化频率较快时，中央处理器计算出其尾流影响区域(如图2)，并以此为分组依据(冗余分组)，对后排风电机组发送安全预示控制信息。
s35、后排风电机组的中央处理器接收到安全预示控制信息之后，对风电机组发送指令，进行偏航控制、功率控制；
s36、第2排，第3排…第(n-1)排风电机组受风之后，重复步骤s34-s35，对后排风电机组进行安全预示控制。
s4、风电机组上的振动传感器用于采集海浪对风电机组造成的影响，并将数据传递到中央处理器，中央处理器根据数据做出判断，当振动异常时进行减振系统和变桨系统动作，减小振动影响；同时，前排的风电机组根据风电机组分组情况，对后排风电机组进行安全预示控制；
其具体过程如下：
s41、当第1排风电机组受海浪影响后，安装于塔筒和叶片根部的振动传感器采集到振动信号，并将此信号传输至第1排风电机组的中央处理器；
s42、所述中央处理器接收到振动信号的数据之后，经数据处理，去除自振影响和数据融合后，利用jdl模型进行计算；
s43、当第1排风电机组振动异常时，所述中央处理器发送控制指令，通过控制减振系统和微调桨距角方式，减弱振动的影响，同时，第1排风电机组根据前文所述冗余分组情况，对后排风电机组发送安全预示控制信息；
优选的，当海浪过于剧烈，减振系统和变桨系统动作后，第1排风电机组仍然振动异常，此时第1排风电机组强制停机，同时，第1排风电机组的中央处理器发送停机的安全预示控制指令给后排风电机组，后排风电机组的中央处理器接收到数据后进行停机控制；
s44、第2排，第3排…第(n-1)排风电机组按照步骤s43对后排风电机组进行安全预示控制。
1.一种基于冗余分组的海上风电场安全控制方法，其特征在于：
包括步骤：
s1、在风电场中的每个风电机组上均安装中央处理器、风速风向仪、塔筒、叶片、偏航系统、变桨系统、减振系统和振动传感器；
s2、对风电场中的风电机组进行冗余分组；
s3、风电机组上的风速风向仪用于收集来风信息，并将数据传递到中央处理器，中央处理器根据数据做出判断，控制偏航系统工作；同时，前排的风电机组根据风电机组分组情况，对后排风电机组进行安全预示控制；
s4、风电机组上的振动传感器用于采集海浪对风电机组造成的影响，并将数据传递到中央处理器，中央处理器根据数据做出判断，当振动异常时进行减振系统和变桨系统动作，减小振动影响；同时，前排的风电机组根据风电机组分组情况，对后排风电机组进行安全预示控制。
2.如权利要求1所述的一种基于冗余分组的海上风电场安全控制方法，其特征在于，所述步骤s2具体包括：
以前排风电机组的扇形尾流区域为界限，当有后排风电机组处于该区域内时，此风电机组则为该前排风电机组的组内风机，会接收到该前排风电机组发送的安全预示控制信息；
若某一后排风电机组同时处于不同的前排风电机组组内，则能接收到不同前排风电机组发送的安全预示控制信息，该后排风电机组的中央处理器会融合所有接收到的信息，最后给该风电机组发送控制指令。
3.如权利要求2所述的一种基于冗余分组的海上风电场安全控制方法，其特征在于：
在前排风电机组对后排风电机组进行安全预示控制中的功率控制时，通过公式
计算每台风电机组的输入风速，风电机组以该输入风速为输入量提前调整发电功率；
式中：yl,w和al,w分别表示对机组l输入风速有影响的第w台上风向机组的偏航角和诱导因子；
yl＝{yl,1,yl,2,...,yl,m}表示对机组l输入风速有影响的全部m台上风向机组的偏航角的集合；
al＝{al,1,al,2,...,al,m}表示对机组l输入风速有影响的全部m台上风向机组的诱导因子的集合。
4.如权利要求1所述的一种基于冗余分组的海上风电场安全控制方法，其特征在于，所述步骤s3具体包括步骤：
s31、第1排风电机组受风之后，安装于机舱上的风速风向仪收集到来风信息之后，将此数据发送到中央处理器；
s32、当来风风速超过风电机组的切出速度时，中央处理器控制偏航系统执行90°侧风偏航并停机，同时对所有后排风电机组发送该安全预示控制信息；
s33、所有后排风电机组的中央处理器接收到该控制信息之后，控制偏航系统执行90°侧风偏航并停机；
s34、当来风风速处于风电机组的切入风速和切出风速之间，但风速/风向变化频率较快时，中央处理器计算出其尾流影响区域，并以此进行冗余分组，对后排风电机组发送安全预示控制信息；
s35、后排风电机组的中央处理器接收到安全预示控制信息之后，对风电机组发送指令，进行偏航控制、功率控制；
s36、第2排，第3排…第(n-1)排风电机组受风之后，重复步骤s34-s35，对后排风电机组进行安全预示控制。
5.如权利要求1所述的一种基于冗余分组的海上风电场安全控制方法，其特征在于，所述步骤s4具体包括步骤：
s41、当第1排风电机组受海浪影响后，安装于塔筒和叶片根部的振动传感器采集到振动信号，并将此信号传输至第1排风电机组的中央处理器；
s42、所述中央处理器接收到振动信号的数据之后，经数据处理，去除自振影响和数据融合后，利用jdl模型进行计算；
s43、当第1排风电机组振动异常时，所述中央处理器发送控制指令，通过控制减振系统和微调桨距角方式，减弱振动的影响，同时，第1排风电机组根据前文所述冗余分组情况，对后排风电机组发送安全预示控制信息；
s44、第2排，第3排…第(n-1)排风电机组按照步骤s43对后排风电机组进行安全预示控制。
6.如权利要求5所述的一种基于冗余分组的海上风电场安全控制方法，其特征在于：当海浪过于剧烈，减振系统和变桨系统动作后，第1排风电机组仍然振动异常，此时第1排风电机组强制停机，同时，第1排风电机组的中央处理器发送停机的安全预示控制指令给后排风电机组，后排风电机组的中央处理器接收到数据后进行停机控制。
技术总结