[0001] 本发明属于退役叶片再利用技术领域，具体涉及一种基于退役叶片的挡风墙控制方法及装置。

[0002] 目前，风力机的尾流效应会导致其后方风力机的入流风速降低，这一现象在不同尺寸风力机交错排布时尤为明显。同时，场间尾流同样不可忽视，两个相邻的大型风电场之间也会存在尾流效应的影响。

[0003] 相关研究表明，风力机前的挡风墙或成排的树木，可以将风力机的功率提高10%。但是，防风墙可使单个风力机提高功率，对于大型风电场却适得其反。这是因为在挡风墙后方，风力加速只持续很短距离，只能够帮助防风墙后方风力机，但是减慢的空气会在风电场中向下游传播，并随着多个防风墙尾流的结合，负面影响越来越大。

[0004] 此外，一般大型风电基地都是多期逐个开发投运，不能统筹计算整个大型风电场群的尾流效应，在后期开发风电场的风机布局中，很大程度会受到项目前期风电场的尾流影响。同样，后期的风电场也会影响前期风电场的发电量，使前期风电场发电量无法达到设计值。尤其随着风力机叶片长度不断增加，风力机尾流对发电量的影响也会持续提高。

[0005] 如何对排布的挡风墙结构进行控制，降低风电场间或单个风力机的尾流影响，提高风力机的功率具有现实的应用意义。

[0020] 以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0021] 实施例1参见图1、图2和图3，本发明实施例提供一种基于退役叶片的挡风墙控制方法，包括以下步骤：
S1、确定以退役叶片排布的挡风墙的应用场景，所述应用场景包括单台风力机场景和相邻风电场之间场景；
S2、根据所述应用场景，采集当前风电场数据，当前风电场数据包括风力机参数、风力机位置信息和风资源信息；
S3、利用所述当前风电场数据，对所述应用场景下挡风墙中的所述退役叶片的变桨信息进行统计，确定需要变桨的所述退役叶片的数量和变桨角度；
S4、将统计得到的所述变桨信息输入到所述退役叶片的控制系统，控制系统根据后方风力机轮毂高度处入流风速评估是否为最优工况；
S5、若为最优工况，按照所述变桨信息执行所述退役叶片的变桨动作；若不是最优工况，根据实时的所述当前风电场数据，对所述变桨信息重新进行统计后再执行所述退役叶片的变桨动作。

[0022] 目前，常用的提高风力机轮毂高度处风速的方法有风力机加装导流罩聚流增速，以及在风力机前布置挡风墙或障碍物来增加风力机轮毂处的风速。在风力机前方布置挡风墙的同时，局部粗糙度会增大。粗糙度改变了速度场的不稳定性。随着地表粗糙度增大，显著增加了大气边界层底部的湍流强度，进而使风力机尾流恢复速度加快，尾流演化长度减小。在近地层中，地表覆盖物对大气产生剪切力作用，剪切作用与压力梯度等因素使大气边界层中的风速与风向沿垂直方向变化明显。由于地面粗糙度和地形等因素的影响，不同地区的风切变指数是不同的，即使是同一地区同一时间段的相同数据采用不同方法计算所得的风切变指数也是不同的。地面相对平坦时，地表粗糙度较小，风切变指数较少，大气层相对稳定；地面起伏不平时，地表粗糙度较大，风切变值数较大，大气层稳定度较低。

[0023] 而在本实施例中，挡风墙采用于退役风力机上使用的退役叶片，无需重新制造，节省材料的同时，又能将废旧叶片重新利用，此外，应用于原风电场时，无需长距离运输废旧叶片，减少运输成本。

[0024] 其中，为了将以退役叶片排布的挡风墙应用在单台风力机场景，对所述单台风力机场景下的挡风墙风速提升量进行经验公式推导，包括以下步骤：（1）设计实验，以模拟风电场真实情况，将退役叶片安装在单台风力机前方，风速测量设备安装在单台风力机后方的风力机轮毂高度处；
（2）数据采集，设置实验工况，在预设的实验工况下，调整前方退役叶片的数量N，以及退役叶片与后方风力机的流向间距D，分别在每组实验中测量后方风力机轮毂高度处的风速，并根据平均入流风速V0计算出风速提升量ΔV；
（3）数据分析，使用实验数据建立风速提升效应的经验模型，使用多元回归分析或最小二乘法，基于实验数据，拟合出经验公式；
（4）确定系数k，通过拟合分析，确定系数k的最佳值，以使经验公式与实验数据匹配；统计分析以确定系数k的置信区间和不确定性。

[0025] 其中，所述单台风力机场景下的挡风墙风速提升量的经验公式为：；
式中，V0是风电场中的平均入流风速，ΔV表示风速的提升量，单位为m/s；N是风力机前方安装退役叶片的数量；D是退役叶片与风力机前方的距离，单位：m；k是一个经验系数，取决于叶片的设计型号和位置，需根据实际应用风电场的真实情况计算得出。

[0026] 参见图4，为本实施例中单台风力机前方导流的退役叶片的自动变桨方式，结合风电场的年平均风速以及叶片的载荷情况，设置三个风速区间。在较低风速(0‑8m/s)下，桨距角β偏转至90°，叶片平面与风轮平面平行，为完全导流状态；在中等风速(8‑15m/s)下，桨距角β偏转45°，在此区间范围内，叶片平面与风轮平面夹角为45°，为半导流状态，在一定的提升效果之下，可保证叶片自身的安全；在高风速(15m/s)以上，桨距角β偏转90°，此时叶片平面与风轮平面垂直，叶片处于完全不导流状态，保证风力机和叶片的安全。风力机前方一组(3支或多支，此数量需结合实际风电场的风况、场址内风力机的尺寸和间距确定)叶片变桨角度均相同。

[0027] 其中，为实现风力机叶片的非线性控制，引入分段函数和指数衰减模型。对所述单台风力机场景下的退役叶片的变桨角度随风速变化的经验公式进行推导，包括以下步骤：定义一个分段函数描述变桨角度与入流风速之间的关系；
引入指数衰减模型，使变桨角度在过渡区域平滑变化；
引入插值函数，将分段函数和指数衰减模型平滑结合，得到单台风力机场景下的退役叶片的变桨角度随风速变化的经验公式。

[0028] 具体的，首先，定义一个分段函数来描述变桨角度与入流风速之间的关系，分段函数的表达公式为：；
式中，表示入流风速；
之后引入指数衰减模型，以使得变桨角度在过渡区域更加平滑地变化，然后引入插值函数，用来平滑地将分段函数和指数衰减模型结合起来，将分段函数和指数衰减模型平滑结合后的表达公式为：
；
式中， 是分段函数， 是指数衰减模型， 是插值函数；用于在过渡区
域平滑地切换，其中：
；
；
式中， 为衰减系数，取值为0.2；p是插值函数的斜率参数，设置为2，m是插值函数的中点，设置为11.5。使得在u=m处，g(u)=0.5。公式中 、p、m参数值由仿真结果拟合得出；
将分段函数 ，指数衰减模型 ，插值函数 的拟合公式代入
，最终得到所述单台风力机场景下的退役叶
片的变桨角度随风速变化的经验公式 为：
；
式中，表示入流风速。

[0029] 大规模风电基地是风电发展的主要形式，基地内规划布置多个风电场，各风电场内布置多台大型风力机。为了集约化利用土地资源，提高基地风能利用效率和经济性，风电场往往较为密集，由此导致风电场间涓流效应加剧，全尾流状态下，风电场尾流引起的输出功率损失最高可达35%。相关研究指出，风电场中发电量的提高主要来自第一排风力机，在风电场边缘（即两个相邻风电场之间）布置一排挡风墙，而不是在整个风电场内布置挡风墙，依靠挡风墙对风速的提升作用，即可提升挡风墙下游风电场第一排风力机的入流风速，进而提升其功率输出。

[0030] 而在本实施例中，参见图3，图3中风电场A中分布有不同的风力机A01、A02，……，A10，风电场B中分布有不同的风力机B01、B02，……，B10，风电场A和风电场B中分布有由废旧退役叶片组成的挡风墙，其中，退役叶片桨距角可以变动，当叶片受力面旋转90°时，使其与气体流动方向平行，近似刀片结构，可以破坏上游风电场产生的尾流涡旋，进而降低涡流对下游风电场的影响。

[0031] 其中，两个风电场之间加入叶片挡风墙，主要分三种情况：情况一，分期开发的同一个风电场。前期和后期安装的风电机组型号相同，该种情况下加入一排倾斜放置导流板，用以破坏前期风电场的尾涡并导流提升后期风电场入流风速；
情况二，两个相邻的风电场，其中一个风电场拟进行“以大代小”更新。拟更新的风电场在后方时，前方风电场风力机轮毂高度要低于后方新风电场，此时在场间加入一排叶片导流板，可将上游风力机尾流风速提升至较高位置，使得下游新风电场入流风速提升；
情况三，上述情况二背景下，前方风电场拟进行“以大代小”更新，此时后方原风电场会被新风电场的尾流所覆盖，此时加入一排或多排叶片导流板，用以增加地表粗糙度，尽可能的降低尾流效应对下游风电场的影响。

[0032] 根据以上控制逻辑，设定前、后两个风电场机型的轮毂高度分别为h1、h2，拟合出以下经验公式：当h1＜h2时，为降低尾流效应，所述相邻风电场之间场景的退役叶片的变桨控制经验公式为：
；
式中，h1为在前的风电场机型的轮毂高度；h2为在后的风电场机型的轮毂高度。

[0033] 当h1＞h2时，挡风墙作用为增加地表粗糙度、破坏上游风电场尾迹涡，故所述相邻风电场之间场景的退役叶片的变桨控制经验公式为：；
式中， h1为在前的风电场机型的轮毂高度；h2为在后的风电场机型的轮毂高度，公式中各项系数由前期数值模拟计算拟合得出的最优值。

[0034] 当h1=h2时，所述相邻风电场之间场景的退役叶片的变桨控制经验公式为：。

[0035] 综上所述，本发明通过确定以退役叶片排布的挡风墙的应用场景，所述应用场景包括单台风力机场景和相邻风电场之间场景；根据所述应用场景，采集当前风电场数据，当前风电场数据包括风力机参数、风力机位置信息和风资源信息；利用所述当前风电场数据，对所述应用场景下挡风墙中的所述退役叶片的变桨信息进行统计，确定需要变桨的所述退役叶片的数量和变桨角度；将统计得到的所述变桨信息输入到所述退役叶片的控制系统，控制系统根据后方风力机轮毂高度处入流风速评估是否为最优工况：若为最优工况，按照所述变桨信息执行所述退役叶片的变桨动作；若不是最优工况，根据实时的所述当前风电场数据，对所述变桨信息重新进行统计后再执行所述退役叶片的变桨动作。本发明利用退役叶片组成挡风墙，无需重新制造，节省材料的同时，又能将废旧叶片重新利用；此外，应用于原风电场时，无需长距离运输废旧叶片，减少运输成本；本发明方案可以有效降低上游风电场产生的场间尾流对下游风电场的负面影响，退役叶片可以随风速、风向变化自由调节桨距角，提高风资源利用率，达到风速提升效果最佳的目的。

[0036] 需要说明的是，本实施例的方法也可以应用于分布式场景下，由多台设备相互配合来完成。在这种分布式场景的情况下，这多台设备中的一台设备可以只执行本公开实施例的方法中的某一个或多个步骤，这多台设备相互之间会进行交互以完成所述的方法。

[0037] 参见图5，在一种应用场景，挡风墙的退役叶片驱动设计中，底座通过地面固定螺栓孔固定在风力机前方地面上，退役叶片安装在上方固定盘之上，固定盘由内部驱动盘带动旋转，实现桨距角调节，驱动盘本身可以通过电机旋转实现驱动，同时相关技术中存在较多的旋转驱动方案，在此不再赘述。通过桨距角自动调整的控制器，控制逻辑由本实施例中经验公式实现，并配置有线缆接口、程序输入与故障诊断电脑接口，控制程序调整与系统故障诊断通过接口与外部电脑连接即可实现。

[0038] 需要说明的是，上述对本公开的一些实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于上述实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

[0039] 实施例2参见图6，本发明实施例2提供一种基于退役叶片的挡风墙控制装置，采用上述实施例的基于退役叶片的挡风墙控制方法，包括：
应用场景配置模块1，用于确定以退役叶片排布的挡风墙的应用场景，所述应用场景包括单台风力机场景和相邻风电场之间场景；
数据采集模块2，用于根据所述应用场景，采集当前风电场数据，当前风电场数据包括风力机参数、风力机位置信息和风资源信息；
变桨信息统计模块3，用于利用所述当前风电场数据，对所述应用场景下挡风墙中的所述退役叶片的变桨信息进行统计，确定需要变桨的所述退役叶片的数量和变桨角度；
工况判断模块4，用于将统计得到的所述变桨信息输入到所述退役叶片的控制系统，控制系统根据后方风力机轮毂高度处入流风速评估是否为最优工况；
变桨动作执行模块5，用于若为最优工况，按照所述变桨信息执行所述退役叶片的变桨动作；
变桨动作重新分析模块6，用于若不是最优工况，根据实时的所述当前风电场数据，对所述变桨信息重新进行统计后再执行所述退役叶片的变桨动作。

[0040] 需要说明的是，上述装置各模块之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本申请实施例1中的方法实施例基于同一构思，其带来的技术效果与本申请方法实施例相同，具体内容可参见本申请前述所示的方法实施例中的叙述，此处不再赘述。

[0041] 实施例3本发明实施例3提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有基于退役叶片的挡风墙控制方法的程序代码，所述程序代码包括用于执行实施例
1或其任意可能实现方式的基于退役叶片的挡风墙控制方法的指令。

[0042] 计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质（例如，DVD）、或者半导体介质（例如固态硬盘（Solid State Disk、SSD））等。

[0043] 实施例4本发明实施例4提供一种电子设备，包括：存储器和处理器；
所述处理器和所述存储器通过总线完成相互间的通信；所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行实施例1或其任意可能实现方式的基于退役叶片的挡风墙控制方法。

[0044] 具体的，处理器可以通过硬件来实现也可以通过软件来实现，当通过硬件实现时，该处理器可以是逻辑电路、集成电路等；当通过软件来实现时，该处理器可以是一个通用处理器，通过读取存储器中存储的软件代码来实现，该存储器可以集成在处理器中，可以位于所述处理器之外，独立存在。

[0045] 在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。

[0046] 显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

[0047] 虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。