一种通过偏航减小风机光影对周边居民影响的方法

技术领域

本发明涉及风电技术领域，尤其涉及一种通过偏航减小风机光影对周边居民影响的方法。

背景技术

随着国家大力支持风电的发展，风电场距离居民区越来越近，特别是分散式风电。当风力发电机组处在太阳光下时，叶片旋转产生的投影在地面不断闪过，这一现象也称为光影闪变效应。光影闪变是一种光污染，当光影投射到居民房屋的玻璃、运动场以及附近道路等地点时，如果人员长期生活于闪烁光影环境中，会因视觉疲劳而影响中枢神经的正常功能，出现眩晕、烦闷、恶心等症状。此外，光影闪变效应还可能暗藏安全风险，例如使汽车驾驶员分神，增加交通事故发生的概率。

例如，一种在中国专利文献上公开的“一种环境友好型的风偏航电机组控制系统及方法”，其授权公告号CN103590975B，授权公告日2017-03-29，包括GPS系统、主控PLC、数据存储模块、判断模块、偏航电机；所述的GPS系统与数据存储模块均和主控PLC的输入端相连，主控PLC的输出端与判断模块的输入端相连，判断模块的输出端与偏航电机相连；数据存储模块将当地居民区信息传输至主控PLC，GPS系统将采集的参数传输至主控PLC，主控PLC将阴影区域D的数据和当地居民区信息传输至判断模块，所述的判断模块将阴影区域D的数据和当地居民区信息进行比较判断，一旦检测出阴影区域D的数据与当地居民区信息有交集，则控制偏航电机进行一定的规避动作。该方案的考虑不够全面，没有考虑到天气原因，不能很好地解决风机阴影遮挡居民住宅的情况。

发明内容

本发明主要解决风机光影对周围居民的影响问题；提供一种通过偏航减小风机光影对周边居民影响的方法，该方法基于太阳赤纬角，太阳时角，太阳高度角，太阳方位角，周边居民的坐标，风机自身坐标，当风机阴影遮蔽居民家时，风机自动偏航至太阳方位角垂直角度。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

本发明包括：

S1：在风电场周边居民住所张贴二维码，通过智能手机可一键自动上传居民住宅ABC三点坐标到云端，其中点A为风机光影开始影响居民住宅的最先点，点B为当风机光影影响居民住宅时，居民住宅最靠近风机点，点C为风机光影即将离开居民住宅的点；

S2：将需要上传到云端的居民住宅坐标数据、风机自身经纬度上传至风机系统，在机舱顶部或周边合适区域安装光敏电阻和湿度传感器；

S3：通过光敏电阻和湿度传感器判断天气，启动风机系统计算太阳时角、太阳赤纬角、风机太阳高度角、风机太阳方位角、风机高度、风机阴影、居民住宅三点的太阳高度角、太阳方位角和风机与居民住宅距离，并根据计算结果调整风机偏航方向。

采用本方案可以通过光敏电阻和湿度传感器判断天气条件，若是天气没有太阳，则不启动系统；若天气为晴天，则启动系统，通过风机系统计算太阳时角、太阳赤纬角、风机太阳高度角、风机太阳方位角、风机高度、风机阴影、居民住宅3点的太阳高度角、太阳方位角和风机与居民住宅距离，对计算结果进行分析判断风机阴影是否有遮挡居民住宅的情况，若有，则需要调整风机偏航方向，若没有，则不需要调整风机。

作为优选，所述风机系统包括：

主控模块，用于对数据进行运算处理并控制其他模块；

外设模块，用于获取风机周围的天气数据，所述外设模块与主控模块连接；

通信模块，用于将风机采集的数据或运算结果上传至云端，所述通信模块与主控模块连接；

存储模块，用于存储风机自身经纬度数据和风机操作调整信息，所述存储模块与主控模块连接。

采用本方案是为了利用外设模块获取风机周围的天气数据，再通过主控模块判断天气是否为晴天，通信模块是为了将风机与云端、服务器建立连接，存储模块是为了保存数据。

作为优选，所述外设模块中：

光敏电阻，安装在机舱顶部风速仪附近，用于判断天气阴晴；

湿度传感器，安装在机舱顶部，用于判断当天是否为雾天。

采用的方案是为了通过光敏电阻获取数据对天气进行判断，若为晴天则启动系统程序，否则阴天则不启动系统程序；通过湿度传感器判断当天是否为雾天，若不为雾天则启动系统程序，若为雾天则不启动系统程序。

作为优选，所述S3中：在风机主控模块中设定间隔时间，风机主控模块通过间隔时间，根据当前天数、风机自身坐标、当前时间和居民住宅三个点坐标，重复计算太阳时角、太阳赤纬角、风机太阳高度角、风机太阳方位角、风机高度、风机阴影、居民住宅三点的太阳高度角、太阳方位角和风机与居民住宅距离，主控模块通过通信模块将计算出的数据上传至云端，并将数据备份保存在存储模块中，

天数：

式中，t为一年中的第几天。

采用本方案是在天气为晴朗的情况下，风机系统为风机是否遮挡居民住宅并调整风机偏航做数据准备。

作为优选，所述太阳赤纬角计算公式为：

所述太阳时角计算公式为：

τ＝(h+(l-120)×4分+Δt-12)×15

式中，h为时间，l为当地纬度，Δt为真太阳时差；

所述风机太阳高度角计算公式为：

θ＝arcsin(sinv′×sinδ+cosv′×cosδ×cosτ)

式中，v′为风机纬度；

所述风机太阳方位角计算公式为：

式中，

式中，m为风机阴影长度，H为风机高度；

所述风机和居民住宅B点的距离为：

式中，

所述居民住宅A点太阳高度角为：

θ

式中，v

所述居民住宅A点太阳方位角为：

式中，

所述居民住宅B点太阳高度角为：

θ

式中，v

所述居民住宅B点太阳方位角为：

式中，

作为优选，所述真太阳时差计算公式为：

Δt＝0.0028-1.9857sinx+9.9059sin2x-7.0924cosx-0.6882cos2x

式中，x为日期对真太阳时差修正系数；

所述真太阳时差修正系数计算公式为：

x＝2π×(t-(79.6764+0.2422×(k-1985)-INT(0.25×(k-1985))))

/365.2422

式中，k为年份。

采用本方案是为了通过计算太阳时角、太阳赤纬角、风机太阳高度角、风机太阳方位角、风机高度、风机阴影、居民住宅3点的太阳高度角、太阳方位角和风机与居民住宅距离为风机是否要调整偏航方向提供数据支持。

作为优选，所述S3中：当风机太阳方位角和居民住宅A点太阳方位角等价时，风机主控模块判断风机阴影长度是否大于风机与居民住宅B点距离；若大于则判断阴影已经遮蔽居民住宅，则风机偏航至太阳方位角方向90°，将风机偏航数据通过通信模块上传至云端，并将风机偏航数据备份保存在存储模块中；若小于则判断阴影未遮蔽居民住宅，则风机正常运行；若风机太阳方位角和居民住宅C点太阳方位角等价时，则恢复偏航对风。

采用本方案是为了根据计算结果判断风机是否要调整偏航。

作为优选，若风机阴影长度大于风机与居民住宅B点距离，则主控模块控制风机降低风轮转速。

采用本方案是为了通过降低风轮转速，以此减少人眼闪烁频率。

本发明的有益效果是：通过计算太阳时角、太阳赤纬角、风机太阳高度角、风机太阳方位角、风机高度、风机阴影、居民住宅三点的太阳高度角、太阳方位角和风机与居民住宅距离，并根据计算结果调整风机偏航方向，减少因风机光影对周围居民的光污染影响。

附图说明

图1是本发明的流程图。

图2是本发明的系统结构图。

图3是本发明的效果图。

图中1.主控模块，2.外设模块，3.通信模块，4.存储模块，5.风机。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

本实施例的一种通过偏航减小风机光影对周边居民影响的方法，如图1所示，包括：

S1：在风电场周边居民住所张贴二维码，通过智能手机可一键自动上传居民住宅ABC三点坐标到云端，如图3所示，点A为风机5光影开始影响居民住宅的最先点，点B为当风机5光影影响居民住宅时，居民住宅最靠近风机点，点C为风机5光影即将离开居民住宅的点。

S2：通过将云端的坐标数据和风机5自身经纬度编写入风机程序，协调现场作业人员刷入主控程序，程序会定期运行，在机舱顶部或周边合适区域安装光敏电阻和湿度传感器，部分风机5加设除冰系统，若含有除冰系统则通过除冰系统内含有的湿度传感器判断当天是否为雾天。

天数：

式中，t为一年中的第几天；

真太阳时差修正系数计算公式为：

x＝2π×(t-(79.6764+0.2422×(k-1985)-INT(0.25×(k-1985))))/365.2422……(2)

式中，k为年份；

真太阳时差计算公式为：

Δt＝0.0028-1.9857sinx+9.9059sin2x-7.0924cosx-0.6882cos2x……(3)

式中，x为日期对真太阳时差修正系数；

太阳赤纬角计算公式为：

太阳时角计算公式为：

τ＝(h+(l-120)×4分+Δt-12)×15……(5)

式中，h为时间，l为当地纬度，Δt为真太阳时差；

风机5的太阳高度角计算公式为：

θ＝arcsin(sinv′×sinδ+cosv′×cosδ×cosτ)……(6)

式中，v′为风机纬度；

风机5的太阳方位角计算公式为：

式中，

式中，m为风机阴影长度，H为风机高度；

风机5和居民住宅B点的距离为：

L

式中，

居民住宅A点太阳高度角为：

θ

式中，v

居民住宅A点太阳方位角为：

式中，

居民住宅B点太阳高度角为：

θ

式中，v

居民住宅B点太阳方位角为：

式中，

S3：通过光敏电阻和湿度传感器判断天气，在风机5的主控模块1中设定间隔时间，主控模块1通过间隔时间，根据当前天数、风机自身坐标、当前时间和居民住宅三个点坐标，重复计算太阳时角、太阳赤纬角、风机5的太阳高度角、风机5的太阳方位角、风机5高度、风机5阴影、居民住宅三点的太阳高度角、太阳方位角和风机5与居民家距离，风机5的系统包括：主控模块1、外设模块2、通信模块3和存储模块4；外设模块2中：光敏电阻，安装在机舱顶部风速仪附近；湿度传感器，安装在机舱顶部。主控模块1通过通信模块3将计算出的数据上传至云端，并将数据备份保存在存储模块4中。当风机5的太阳方位角和居民住宅A点太阳方位角等价时，主控模块1判断风机5的阴影长度是否大于风机5与居民住宅B点距离；若大于则判断阴影已经遮蔽居民住宅，则风机5偏航至太阳方位角方向90°，主控模块1控制风机5降低风轮转速，将风机5偏航数据通过通信模块3上传至云端，并将风机5的偏航数据备份保存在存储模块4中；若小于则判断阴影未遮蔽居民住宅，则风机5正常运行；若风机5的太阳方位角和居民住宅C点太阳方位角等价时，则恢复偏航对风，并且停止判断风机影长。

假设此时晴天，没有雾；

此时是2022年1月10日正午12点；

此时一台高度150米风机坐标经度120.12069151187899°，纬度30.281425946608348°。

按照程序公式(1)-(13)运行，

天数：

真太阳时差修正系数计算公式为：

真太阳时差计算公式为：

Δt＝0.0028-1.9857sinx+9.9059sin2x-7.0924cosx-0.6882cos2x＝-0.94653

太阳赤纬角计算公式为：

风机太阳高度角计算公式为：

θ＝arcsin(sinv′×sinδ+cosv′×cosδ×cosτ)＝37.6212°

风机太阳方位角

风机和居民住宅B点的距离为：

居民家太阳高度角＝37.62233°；

居民家方位角＝30.9913°。

本实施例通过计算太阳时角、太阳赤纬角、风机太阳高度角、风机太阳方位角、风机高度、风机阴影、居民住宅3点的太阳高度角、太阳方位角和风机与居民住宅距离，当风机太阳方位角和居民家A点太阳方位角等价时，持续判断风机阴影长度是否大于风机与居民家B点距离，减少因风机光影对周围居民的光污染影响。

应理解，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附权利要求书所限定的范围。