本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電，具體來(lái)說(shuō)，特別涉及一種基于plc的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速信號(hào)調(diào)理方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、風(fēng)速是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的核心反饋信號(hào)，其重要性不言而喻。由于自然界中的風(fēng)速和方向始終處于動(dòng)態(tài)變化中，這給風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。為確保風(fēng)力發(fā)電機(jī)組能夠持續(xù)、穩(wěn)定地輸出高質(zhì)量電能，必須對(duì)風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行精確監(jiān)測(cè)與控制。

2、轉(zhuǎn)速信號(hào)不僅是反映風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的重要指標(biāo)，也是實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制的關(guān)鍵依據(jù)。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)速信號(hào)，控制系統(tǒng)可以全面掌握發(fā)電機(jī)組的當(dāng)前工作狀態(tài)，并據(jù)此對(duì)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，從而使發(fā)電機(jī)組適應(yīng)風(fēng)速的變化，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定高效的運(yùn)行目標(biāo)。

3、風(fēng)輪與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的同步性對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)性能影響深遠(yuǎn)。良好的轉(zhuǎn)速同步能顯著降低機(jī)械損耗，提升系統(tǒng)運(yùn)行效率，并確保電能輸出的穩(wěn)定與優(yōu)質(zhì)。反之，若轉(zhuǎn)速信號(hào)不同步，將直接削弱能量傳遞效率，甚至威脅發(fā)電機(jī)組的壽命與安全運(yùn)行。當(dāng)前技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)在于難以實(shí)現(xiàn)時(shí)間延遲的高精度計(jì)算與同步調(diào)整，這往往導(dǎo)致系統(tǒng)效率下降及機(jī)械損耗上升。

4、針對(duì)相關(guān)技術(shù)中的問(wèn)題，目前尚未提出有效的解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供一種基于plc的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速信號(hào)調(diào)理方法及系統(tǒng)，以解決上述提及的問(wèn)題。

2、為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明采用的具體技術(shù)方案如下：

3、根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種基于plc的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速信號(hào)調(diào)理方法，該基于plc的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速信號(hào)調(diào)理方法包括以下步驟：

4、s1、獲取風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)，并基于混合卷積窗和矩形窗對(duì)風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，并根據(jù)預(yù)處理結(jié)果，通過(guò)灰色模型的相關(guān)性分析法分析風(fēng)輪與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速之間的相關(guān)性，得到相關(guān)性分析結(jié)果；

5、s2、根據(jù)相關(guān)性分析結(jié)果，結(jié)合互相關(guān)函數(shù)確定風(fēng)輪轉(zhuǎn)速信號(hào)和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)之間的時(shí)間延遲量，并根據(jù)時(shí)間延遲量，通過(guò)plc程序?qū)︼L(fēng)輪轉(zhuǎn)速信號(hào)和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行調(diào)整；

6、s3、根據(jù)調(diào)整后的風(fēng)輪轉(zhuǎn)速信號(hào)和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)，驗(yàn)證調(diào)整后風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)的同步性，并基于驗(yàn)證結(jié)果對(duì)信號(hào)調(diào)理過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化。

7、優(yōu)選的，獲取風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)，并基于混合卷積窗和矩形窗對(duì)風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，并根據(jù)預(yù)處理結(jié)果，通過(guò)灰色模型的相關(guān)性分析法分析風(fēng)輪與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速之間的相關(guān)性，得到相關(guān)性分析結(jié)果包括以下步驟：

8、s11、利用混合卷積窗和矩形窗，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)分別進(jìn)行卷積操作，并對(duì)卷積操作后的風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，通過(guò)頻譜校正得到風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)頻譜數(shù)據(jù)；

9、s12、利用譜線插值算法對(duì)風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)頻譜數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化處理，得到優(yōu)化后的標(biāo)準(zhǔn)頻譜數(shù)據(jù)；

10、s13、根據(jù)風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)優(yōu)化后的標(biāo)準(zhǔn)頻譜數(shù)據(jù)，利用灰色模型的相關(guān)性分析法分析風(fēng)輪與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速之間的相關(guān)性，得到相關(guān)性分析結(jié)果。

11、優(yōu)選的，利用混合卷積窗和矩形窗，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)分別進(jìn)行卷積操作，并對(duì)卷積操作后的風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，通過(guò)頻譜校正得到風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)頻譜數(shù)據(jù)包括以下步驟：

12、s111、利用升余弦窗函數(shù)和凱澤窗函數(shù)構(gòu)建混合卷積窗，并將獲取的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)分別與混合卷積窗進(jìn)行卷積操作；

13、s112、對(duì)卷積操作后的風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，得到風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)的校正頻譜表示；

14、s113、利用矩形窗函數(shù)對(duì)獲取的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行截?cái)嗵幚恚玫浇財(cái)嗪蟮娘L(fēng)輪和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)；

15、s114、對(duì)截?cái)嗪蟮娘L(fēng)輪和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，得到風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)的基礎(chǔ)頻譜表示；

16、s115、根據(jù)風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)的校正頻譜表示及風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)的基礎(chǔ)頻譜表示，利用雙窗法進(jìn)行頻譜校正，得到風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)頻譜數(shù)據(jù)。

17、優(yōu)選的，根據(jù)風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)的校正頻譜表示及風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)的基礎(chǔ)頻譜表示，利用雙窗法進(jìn)行頻譜校正，得到風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)頻譜數(shù)據(jù)包括以下步驟：

18、s1151、在風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)的基礎(chǔ)頻譜表示中，通過(guò)峰值檢測(cè)算法確定各個(gè)轉(zhuǎn)速信號(hào)的峰值點(diǎn)，并確定峰值點(diǎn)對(duì)應(yīng)頻率位置和幅值；

19、s1152、對(duì)于每個(gè)在基礎(chǔ)頻譜中檢測(cè)到的峰值點(diǎn)，在校正頻譜表示中相應(yīng)的頻率位置進(jìn)行幅值提?。?/p>

20、s1153、根據(jù)峰值點(diǎn)在基礎(chǔ)頻譜表示中的幅值及峰值點(diǎn)在校正頻譜表示中的幅值，計(jì)算校正系數(shù)；

21、s1154、利用計(jì)算得到的校正系數(shù)對(duì)基礎(chǔ)頻譜表示中的峰值點(diǎn)幅值進(jìn)行校正，得到風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)頻譜數(shù)據(jù)。

22、優(yōu)選的，利用譜線插值算法對(duì)風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)頻譜數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化處理，得到優(yōu)化后的標(biāo)準(zhǔn)頻譜數(shù)據(jù)包括以下步驟：

23、s121、對(duì)于風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)頻譜數(shù)據(jù)，利用峰值檢測(cè)算法找到標(biāo)準(zhǔn)頻譜數(shù)據(jù)中的峰值點(diǎn)，并確定峰值點(diǎn)的頻率位置和幅值；

24、s122、根據(jù)峰值點(diǎn)的頻率位置，提取每個(gè)峰值點(diǎn)左右各若干條譜線的幅值及頻率位置；

25、s123、根據(jù)每個(gè)峰值點(diǎn)左右各若干條譜線的幅值，計(jì)算插值系數(shù)和頻率偏移；

26、s124、利用插值系數(shù)和頻率偏移，對(duì)每個(gè)峰值點(diǎn)進(jìn)行插值計(jì)算，得到最新的頻率位置和幅值，并將最新的頻率位置和幅值替換標(biāo)準(zhǔn)頻譜數(shù)據(jù)中峰值點(diǎn)的頻率位置和幅值，得到優(yōu)化后的標(biāo)準(zhǔn)頻譜數(shù)據(jù)。

27、優(yōu)選的，根據(jù)風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)優(yōu)化后的標(biāo)準(zhǔn)頻譜數(shù)據(jù)，利用灰色模型的相關(guān)性分析法分析風(fēng)輪與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速之間的相關(guān)性，得到相關(guān)性分析結(jié)果包括以下步驟：

28、s131、將風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)優(yōu)化后的標(biāo)準(zhǔn)頻譜數(shù)據(jù)分別按照時(shí)間順序排列，并提取優(yōu)化后的標(biāo)準(zhǔn)頻譜數(shù)據(jù)在每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的幅值；

29、s132、對(duì)風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)的幅值時(shí)間序列分別進(jìn)行累加生成，構(gòu)造符合指數(shù)分布規(guī)律的累加序列，并利用灰色模型對(duì)累加序列建立一階線性微分方程，計(jì)算風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)的趨勢(shì)值序列；

30、s133、根據(jù)風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)的趨勢(shì)值序列，分別計(jì)算風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)的季節(jié)指數(shù)；

31、s134、利用相關(guān)性分析法，分別計(jì)算風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)的趨勢(shì)值序列之間的相關(guān)性，及風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)的季節(jié)指數(shù)之間的相關(guān)性；

32、s135、根據(jù)風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)的趨勢(shì)值序列之間的相關(guān)性及季節(jié)指數(shù)之間的相關(guān)性，綜合評(píng)估風(fēng)輪與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速之間的相關(guān)性，得到相關(guān)性分析結(jié)果。

33、優(yōu)選的，根據(jù)相關(guān)性分析結(jié)果，結(jié)合互相關(guān)函數(shù)確定風(fēng)輪轉(zhuǎn)速信號(hào)和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)之間的時(shí)間延遲量，并根據(jù)時(shí)間延遲量，通過(guò)plc程序?qū)︼L(fēng)輪轉(zhuǎn)速信號(hào)和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行調(diào)整包括以下步驟：

34、s21、利用互相關(guān)函數(shù)公式計(jì)算風(fēng)輪轉(zhuǎn)速信號(hào)與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)在不同時(shí)間延遲下的互相關(guān)函數(shù)；

35、s22、根據(jù)相關(guān)性分析結(jié)果及互相關(guān)函數(shù)，確定風(fēng)輪轉(zhuǎn)速信號(hào)和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)之間的時(shí)間延遲量；

36、s23、根據(jù)確定的時(shí)間延遲量，通過(guò)plc程序?qū)︼L(fēng)輪轉(zhuǎn)速信號(hào)或發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行時(shí)間調(diào)整。

37、優(yōu)選的，互相關(guān)函數(shù)公式為：

38、

39、式中，rxy表示風(fēng)輪轉(zhuǎn)速信號(hào)與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)在不同時(shí)間延遲τ下的互相關(guān)函數(shù)值；

40、n表示風(fēng)輪轉(zhuǎn)速信號(hào)與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度；

41、x(t)表示風(fēng)輪在時(shí)間t時(shí)轉(zhuǎn)速信號(hào)；

42、y(t+τ)表示發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)間t+τ時(shí)轉(zhuǎn)速信號(hào)。

43、優(yōu)選的，根據(jù)相關(guān)性分析結(jié)果及互相關(guān)函數(shù)，確定風(fēng)輪轉(zhuǎn)速信號(hào)和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)之間的時(shí)間延遲量包括以下步驟：

44、s221、根據(jù)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速信號(hào)與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)在不同時(shí)間延遲下的互相關(guān)函數(shù)值，建立包含時(shí)間延遲和互相關(guān)函數(shù)值的數(shù)據(jù)集合對(duì)；

45、s222、根據(jù)相關(guān)性分析結(jié)果，從數(shù)據(jù)集合對(duì)中選取與相似性分析結(jié)果相同的互相關(guān)函數(shù)值所對(duì)應(yīng)的時(shí)間延遲；

46、s223、將選取的時(shí)間延遲作為風(fēng)輪轉(zhuǎn)速信號(hào)和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)之間的時(shí)間延遲量。

47、根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種基于plc的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)，該基于plc的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)包括：相關(guān)性分析模塊、信號(hào)調(diào)整模塊及動(dòng)態(tài)優(yōu)化模塊；

48、相關(guān)性分析模塊，用于獲取風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)，并基于混合卷積窗和矩形窗對(duì)風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，并根據(jù)預(yù)處理結(jié)果，通過(guò)灰色模型的相關(guān)性分析法分析風(fēng)輪與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速之間的相關(guān)性，得到相關(guān)性分析結(jié)果；

49、信號(hào)調(diào)整模塊，用于根據(jù)相關(guān)性分析結(jié)果，結(jié)合互相關(guān)函數(shù)確定風(fēng)輪轉(zhuǎn)速信號(hào)和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)之間的時(shí)間延遲量，并根據(jù)時(shí)間延遲量，通過(guò)plc程序?qū)︼L(fēng)輪轉(zhuǎn)速信號(hào)和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行調(diào)整；

50、動(dòng)態(tài)優(yōu)化模塊，用于根據(jù)調(diào)整后的風(fēng)輪轉(zhuǎn)速信號(hào)和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)，驗(yàn)證調(diào)整后風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)的同步性，并基于驗(yàn)證結(jié)果對(duì)信號(hào)調(diào)理過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化。

51、本發(fā)明的有益效果為：

52、1、本發(fā)明通過(guò)混合卷積窗和矩形窗對(duì)風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，可以有效地濾除噪聲和干擾，提高信號(hào)的清晰度和準(zhǔn)確性，采用灰色模型的相關(guān)性分析法來(lái)分析風(fēng)輪與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速之間的相關(guān)性，能夠更深入地挖掘兩者之間的內(nèi)在聯(lián)系和規(guī)律，根據(jù)相關(guān)性分析結(jié)果，結(jié)合互相關(guān)函數(shù)來(lái)確定風(fēng)輪轉(zhuǎn)速信號(hào)和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)之間的時(shí)間延遲量，能夠精確地計(jì)算出兩個(gè)信號(hào)之間的時(shí)間差，為后續(xù)的plc程序調(diào)整提供了準(zhǔn)確的依據(jù)，可以確保風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中始終保持良好的狀態(tài)，減少故障和停機(jī)時(shí)間，提高系統(tǒng)的可靠性和可用性。

53、2、本發(fā)明通過(guò)混合卷積窗和矩形窗對(duì)轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行卷積操作，可以有效地抑制頻譜泄漏和降低噪聲干擾，提高信號(hào)的頻譜分辨率和準(zhǔn)確性，譜線插值算法的使用，通過(guò)對(duì)峰值點(diǎn)及其周圍譜線的幅值和頻率位置進(jìn)行插值計(jì)算，能夠進(jìn)一步細(xì)化頻譜數(shù)據(jù)，提高頻譜的精度和分辨率，能夠更全面地評(píng)估風(fēng)輪與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速之間的相關(guān)性，為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的優(yōu)化運(yùn)行和故障預(yù)測(cè)提供更準(zhǔn)確的信息。

54、3、本發(fā)明通過(guò)利用互相關(guān)函數(shù)公式計(jì)算風(fēng)輪轉(zhuǎn)速信號(hào)與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)在不同時(shí)間延遲下的互相關(guān)函數(shù)值，可以精確地量化兩者之間的時(shí)間延遲關(guān)系，根據(jù)確定的時(shí)間延遲量，通過(guò)plc程序?qū)︼L(fēng)輪轉(zhuǎn)速信號(hào)或發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行時(shí)間調(diào)整，可以使得兩者在時(shí)間上達(dá)到更好的同步性，基于互相關(guān)函數(shù)和plc程序?qū)崿F(xiàn)，易于在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)中集成和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。