用于风力发电机风速测量的专用可编程控制器

技术领域

本发明涉及控制器领域，具体涉及一种用于风力发电机风速测量的专用可编程控制器。

背景技术

随着风力发电机组规模的逐渐扩大和机组安全保护的日趋完善，风力发电机组的运行的发电性能，即提高风力发电机的发电量和可利用率，受到了越来越多的重视。如何充分利用风能，获取最大能源和经济效益，成为风力发电机组的主控系统必须面临的问题。

目前，风力发电机的启动控制方式一般为：风力发电机自身的风速传感器检测到风速值持续2～5分钟大于启动风速后，如果风力发电机处于待机状态，则启动风机，这种方法由于添加了延时判断，可以防止风力发电机在风速值较小时不必要的启机。

然而，当风力发电机在小风启动时，由于风速较小，且轮毂旋转速度较慢，会导致叶片(例如，叶片位于竖直向上的位置时)对风速仪的遮挡时间比较长。由于风力发电机的启动条件是检测当风速值持续一段时间(一般是3分钟)大于启动风速(一般是3米/秒)，所以可能会导致风速测量值偏低使机组不能启动。

目前的风力发电机的风速仪都安装于风力发电机机舱的尾部，当风力发电机正对风向时，风力发电机的叶片会对风速仪造成遮挡。目前的一种解决方法是：将风速仪的海拔高度升高，然而由于叶片的长度比较长(一般大于40米)，因此依然无法避免风速仪被叶片遮挡而导致风速测量值偏低，尤其在小风时，风速仪受叶片遮挡影响比较严重，导致风速仪所测量的风速值不准确，影响风力发电机的风能利用率和发电量。

因此，急需一种具有较高风速测量的精准度的用于风力发电机风速测量技术。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提供了一种用于风力发电机风速测量的专用可编程控制器，主要目的在于提高风力发电机风速测量的准确性。

根据本发明的第一方面实施例，提供了一种用于风力发电机风速测量的专用可编程控制器，包括输入接口、存储器、中央处理器和输出接口；

所述输入接口，用于接收来自部署于海上风力发电机的尾部的多个风速仪的预定时间段内多个预定时间点的风速值；

所述存储器，用于存储风速值参考矩阵和多个风速查询特征向量，其中所述风速值参考矩阵和所述风速查询特征向量基于所述预定时间段内多个预定时间点的风速值得到；

所述中央处理器，用于基于所述风速值参考矩阵和所述多个风速查询特征向量获得多个权重值，基于所述多个风速查询特征向量获得多个风速全局均值，并基于所述多个权重值和所述多个风速全局均值获得风速测量值；

所述输出接口，用于输出所述风速测量值。

在本发明的一个实施例中，所述中央处理器包括计算单元，所述计算单元，具体用于：将所述多个风速查询特征向量分别与所述风速值参考矩阵进行矩阵相乘以得到多个全局查询特征向量；将所述多个全局查询特征向量分别输入基于预定阈值的多个并行开关以获得多个全局状态查询向量；基于所述多个全局状态查询向量获得多个权重值。

在本发明的一个实施例中，所述基于所述多个全局状态查询向量获得多个权重值，包括：计算所述多个全局状态查询向量中每两个全局状态查询向量之间的汉明距离以获得全局状态映射矩阵；将所述每个全局状态查询向量乘以所述全局状态映射矩阵以获得多个全局映射权重向量；计算所述每个全局映射权重向量的所有位置的特征值的均值以得到多个权重值。

在本发明的一个实施例中，所述基于所述多个风速查询特征向量获得多个风速全局均值，包括：计算所述多个风速查询特征向量中各个风速查询特征向量的所有位置的特征值的均值以得到多个风速全局均值。

在本发明的一个实施例中，所述中央处理器包括运算单元，所述运算单元，具体用于：以所述多个权重值作为权重，计算所述多个风速全局均值的加权和以得到风速测量值。

在本发明的一个实施例中，在所述多个并行开关中，每个所述开关的预定阈值由相同的控制阈值和/或不同的控制阈值获得。

在本发明的一个实施例中，所述计算单元，包括：汉明距离计算子单元，用于将所述多个全局状态查询向量中每两个全局状态查询向量输入并行异或门和计数器以得到多个汉明距离值；排列子单元，用于将所述多个汉明距离值进行二维排列以得到所述全局状态映射矩阵。

在本发明的一个实施例中，所述计算单元，包括：第一加法器子单元，用于将所述每个全局映射权重向量的所有位置的特征值通过加法器以得到第一加和值；第一计数子单元，用于将所述每个全局映射权重向量通过计数器以得到第一计数值；第一除法器子单元，用于将所述第一加和值和所述第一计数值通过除法器以得到所述权重值。

在本发明的一个实施例中，所述计算单元，包括：第二加法器子单元，用于将所述各个风速查询特征向量的所有位置的特征值的通过加法器以得到第二加和值；第二计数子单元，用于将所述每个全局映射权重向量通过计数器以得到第二计数值；第二除法器子单元，用于将所述第二加和值和所述第二计数值通过除法器以得到所述风速全局均值。

在本发明的一个实施例中，所述以所述多个权重值作为权重，计算所述多个风速全局均值的加权和以得到风速测量值，包括：将所述多个权重值和所述多个风速全局均值通过并行乘法器和加法器以得到所述风速测量值。

根据本发明的第二方面实施例，还提供了一种用于风力发电机风速测量的专用可编程控制器的运行方法，包括：

接收来自部署于海上风力发电机的尾部的多个风速仪的预定时间段内多个预定时间点的风速值；

获取风速值参考矩阵和多个风速查询特征向量，其中所述风速值参考矩阵和所述风速查询特征向量基于所述预定时间段内多个预定时间点的风速值得到；

基于所述风速值参考矩阵和所述多个风速查询特征向量获得多个权重值，基于所述多个风速查询特征向量获得多个风速全局均值，并基于所述多个权重值和所述多个风速全局均值获得风速测量值。

在本发明的一个实施例中，所述基于所述风速值参考矩阵和所述多个风速查询特征向量获得多个权重值，包括：将所述多个风速查询特征向量分别与所述风速值参考矩阵进行矩阵相乘以得到多个全局查询特征向量；将所述多个全局查询特征向量分别输入基于预定阈值的多个并行开关以获得多个全局状态查询向量；基于所述多个全局状态查询向量获得多个权重值。

在本发明的一个实施例中，所述基于所述多个全局状态查询向量获得多个权重值，包括：计算所述多个全局状态查询向量中每两个全局状态查询向量之间的汉明距离以获得全局状态映射矩阵；将所述每个全局状态查询向量乘以所述全局状态映射矩阵以获得多个全局映射权重向量；计算所述每个全局映射权重向量的所有位置的特征值的均值以得到多个权重值。

在本发明的一个实施例中，所述基于所述多个风速查询特征向量获得多个风速全局均值，包括：计算所述多个风速查询特征向量中各个风速查询特征向量的所有位置的特征值的均值以得到多个风速全局均值。

在本发明的一个实施例中，所述基于所述多个权重值和所述多个风速全局均值获得风速测量值，包括以所述多个权重值作为权重，计算所述多个风速全局均值的加权和以得到风速测量值。

在本发明的一个实施例中，在所述多个并行开关中，每个所述开关的预定阈值由相同的控制阈值和/或不同的控制阈值获得。

在本发明的一个实施例中，所述计算所述多个全局状态查询向量中每两个全局状态查询向量之间的汉明距离以获得全局状态映射矩阵，包括：将所述多个全局状态查询向量中每两个全局状态查询向量输入并行异或门和计数器以得到多个汉明距离值；将所述多个汉明距离值进行二维排列以得到所述全局状态映射矩阵。

在本发明的一个实施例中，所述计算所述每个全局映射权重向量的所有位置的特征值的均值以得到多个权重值，包括：将所述每个全局映射权重向量的所有位置的特征值通过加法器以得到第一加和值；将所述每个全局映射权重向量通过计数器以得到第一计数值；将所述第一加和值和所述第一计数值通过除法器以得到所述权重值。

在本发明的一个实施例中，所述计算所述多个风速查询特征向量中各个风速查询特征向量的所有位置的特征值的均值以得到多个风速全局均值，包括：将所述各个风速查询特征向量的所有位置的特征值的通过加法器以得到第二加和值；将所述每个全局映射权重向量通过计数器以得到第二计数值；将所述第二加和值和所述第二计数值通过除法器以得到所述风速全局均值。

在本发明的一个实施例中，所述以所述多个权重值作为权重，计算所述多个风速全局均值的加权和以得到风速测量值，包括：将所述多个权重值和所述多个风速全局均值通过并行乘法器和加法器以得到所述风速测量值。

在本发明一个或多个实施例中，专用可编程控制器包括输入接口、存储器、中央处理器和输出接口；输入接口用于接收来自部署于海上风力发电机的尾部的多个风速仪的预定时间段内多个预定时间点的风速值；存储器用于存储风速值参考矩阵和多个风速查询特征向量，其中风速值参考矩阵和风速查询特征向量基于预定时间段内多个预定时间点的风速值得到；中央处理器用于基于风速值参考矩阵和多个风速查询特征向量获得多个权重值，基于多个风速查询特征向量获得多个风速全局均值，并基于多个权重值和多个风速全局均值获得风速测量值；输出接口用于输出风速测量值。根据本发明的专用可编程控制器，能够提高风力发电机风速测量的准确性。在这种情况下，专用可编程逻辑控制器包括输入接口、输出接口、储存器、中央处理器等，利用部署于海上风力发电机的尾部的多个风速仪的预定时间段内多个预定时间点的风速值获得风速值参考矩阵和风速查询特征向量，基于风速值参考矩阵和风速查询特征向量获得风速测量值，充分考虑各个风速仪在各个预定时间点所测量的风速值之间存在的关联，提高了风力发电机风速测量的准确性。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

通过结合附图对本发明实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。其中：

图1为根据本发明实施例的用于风力发电机风速测量的专用可编程控制器的应用场景图；

图2为根据本发明实施例的一种用于风力发电机风速测量的专用可编程控制器的结构图；

图3为根据本发明实施例的用于风力发电机风速测量的专用可编程控制器的架构运行示意图；

图4为根据本发明实施例的用于风力发电机风速测量的专用可编程控制器的中中央处理器的框图；

图5为根据本发明实施例的用于风力发电机风速测量的专用可编程控制器的运行方法的流程图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明实施例相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明实施例的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。还应当理解，本发明中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

目前的风力发电机的风速仪都安装于风力发电机机舱的尾部，当风力发电机正对风向时，风力发电机的叶片会对风速仪造成遮挡。目前的一种解决方法是：将风速仪的海拔高度升高，然而由于叶片的长度比较长(一般大于40米)，因此依然无法避免风速仪被叶片遮挡而导致风速测量值偏低，尤其在小风时，风速仪受叶片遮挡影响比较严重，导致风速仪所测量的风速值不准确，影响风力发电机的风能利用率和发电量。因此，急需一种具有较高风速测量的精准度的用于风力发电机风速测量技术。考虑到海上风机的工况复杂且恶劣，期待海上风机具有相对较高的控制和监测的鲁棒性。因此，在海上风机中，会使用可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)对来进行风速测量，以通过可编程逻辑控制器构建适配于海上风机风速测量的专用边缘侧控制芯片。但是，大多采用国外通用PLC设备，多数发明集中在PLC模块与现场设备的接线控制系统上，无法做到基于PLC模块内部的数据、算法和控制流程的可控，以及，在此基础上的算法和控制过程优化。

因此，针对上述技术问题，本发明提供了一种用于风力发电机风速测量的专用可编程控制器及其运行方法，主要目的在于提高风力发电机风速测量的准确性。特别地，在应用场景中，当风力发电机正对风向时，风力发电机的叶片会对风速仪造成遮挡，并且即便将风速仪的海拔高度升高，依然无法避免风速仪被叶片遮挡而导致风速测量值偏低，也就是，无法在硬件端做到风速仪彻底无遮挡。但是，考虑到当在海上风机的尾部安装多个风速仪时，各个风速仪在各个预定时间点所测量的风速值之间存在关联，本发明充分挖掘和利用多个风速仪所测量的风速数据之间的隐含关联可提高风速测量的精准度。

在第一个实施例中，图1为根据本发明实施例的用于风力发电机风速测量的专用可编程控制器的应用场景图。在该应用场景中，如图1所示，在用于风力发电机风速测量的专用可编程控制器的应用场景中，首先从部署于海上风机G(即海上风力发电机)的尾部的多个风速仪，风速仪的数量为n，具体包括第一风速仪Se1、第二风速仪Se2、第三风速仪Se3、…第n风速仪Sen，从多个风速仪分别接收预定时间段内多个预定时间点的风速值，进而，将预定时间段内多个预定时间点的风速值通过输入接口In输入至用于风力发电机风速测量的专用可编程控制器PLC中，其中，用于风力发电机风速测量的专用可编程控制器能够对预定时间段内多个预定时间点的风速值进行处理，以得到风速测量值，其中，风速测量值通过输出接口Out输出。

在本实施例中，用于风力发电机风速测量的专用可编程控制器包括输入接口、存储器、中央处理器和输出接口；输入接口，用于接收来自部署于海上风力发电机的尾部的多个风速仪的预定时间段内多个预定时间点的风速值；存储器，用于存储风速值参考矩阵和多个风速查询特征向量，其中风速值参考矩阵和风速查询特征向量基于预定时间段内多个预定时间点的风速值得到；中央处理器，用于基于风速值参考矩阵和多个风速查询特征向量获得多个权重值，基于多个风速查询特征向量获得多个风速全局均值，并基于多个权重值和多个风速全局均值获得风速测量值；输出接口，用于输出风速测量值。

在本实施例中，由部署于海上风机的尾部的多个风速仪采集的预定时间段内多个预定时间点的风速值可以利用专用可编程控制器的输入接口和/或通讯接口接收。

在本实施例中，存储器可以将多个预定时间点的风速值进行存储，以便后续的调取和运算。具体地，在一些实施例中，将各个风速仪获得的预定时间段内多个预定时间点的风速值按照时间维度排列为多个风速查询特征向量，并将各个风速仪获得的预定时间段内多个预定时间点的风速值按照时间维度和风速仪样本维度排列为风速值参考矩阵，并将风速查询特征向量和风速值参考矩阵存储于专用可编程控制器的存储器的寄存器中。

在本实施例中，中央处理器包括计算单元，计算单元，具体用于：将多个风速查询特征向量分别与风速值参考矩阵进行矩阵相乘以得到多个全局查询特征向量。在这种情况下，利用多个全局查询特征向量中的每一个对应于单个风速仪的风速的时序数值分布在所有风速仪的全局数值分布下的全局映射分布子集，从而便于计算各个分布子集之间的对应性关系。也就是，以风速值参考矩阵作为共同的数据背景，分别计算多个风速查询特征向量中各个风速查询特征向量在风速值参考矩阵中的向量查询结果，以此来表示每一个对应于单个风速仪的风速的时序数值分布在所有风速仪的全局数值分布下的全局映射分布子集，从而便于计算各个分布子集之间的对应性关系。

在本实施例中，中央处理器包括计算单元，计算单元，具体用于：将多个全局查询特征向量分别输入基于预定阈值的多个并行开关以获得多个全局状态查询向量。具体地，将多个全局查询特征向量分别输入基于预定阈值的多个并行开关以将多个全局查询特征向量分别转换为数值为(0,1)分布的多个全局状态查询向量。在这种情况下，通过中央处理器的简单硬件电路将全局查询特征向量中的数值转化为0或1的逻辑值，以通过逻辑值列向量来表示多个全局状态查询向量，这样便于利用专用可编程控制器的简单硬件电路来实现复杂的风速测量。

在本实施例中，在多个并行开关中，每个开关的预定阈值由相同的控制阈值和/或不同的控制阈值获得。具体地，在一些实施例中，每个开关具有相同的控制阈值这样保持多个时间点的风速值之间的全局状态度量的一致性。在另一些实施例中，每个开关具有单独的控制阈值(例如不同的控制阈值)这样可以保持各个时间点的风速值的全局状态度量的自适应性，也就是，基于不同时间点的风速值自适应地确定控制阈值。在另一些实施例中，针对每个时间点提升状态度量的置信度，每个开关的阈值是单独的控制阈值乘以相同的控制阈值，通过这样的方式，不仅可以有效地保持多个时间点的风速值之间的全局状态度量的一致性，还可以兼顾各个时间点的风速值的全局状态度量的自适应性。

在本实施例中，中央处理器包括计算单元，计算单元，具体用于：基于多个全局状态查询向量获得多个权重值。其中，基于多个全局状态查询向量获得多个权重值，包括：计算多个全局状态查询向量中每两个全局状态查询向量之间的汉明距离以获得全局状态映射矩阵；将每个全局状态查询向量乘以全局状态映射矩阵以获得多个全局映射权重向量；计算每个全局映射权重向量的所有位置的特征值的均值以得到多个权重值。易于理解地，汉明距离用来表示两个二值全局状态查询向量之间的相似度。

在本实施例中，计算单元，包括：汉明距离计算子单元，用于将多个全局状态查询向量中每两个全局状态查询向量输入并行异或门和计数器以得到多个汉明距离值；排列子单元，用于将多个汉明距离值进行二维排列以得到全局状态映射矩阵。

在一些实施例中，具体地，可将多个全局状态查询向量中每两个全局状态查询向量输入并行异或门和计数器以得到多个汉明距离值，并将多个汉明距离值进行二维排列以得到全局状态映射矩阵。由此，通过基于多个全局查询特征向量的开关值的汉明距离来计算全局状态映射矩阵，可以通过简单的硬件形式(开关+计数器)来获得各个全局查询特征向量的全局映射分布子集之间的全局对应性关系。另外将每个全局状态查询向量乘以全局状态映射矩阵以获得全局映射权重向量，通过这样的方式，获得全局查询特征向量表示的各个风速仪的风速开关量向量相对于多个风速仪整体需要关注的预定位置的特征值，然后计算全局映射权重向量的所有位置的特征值的均值以得到权重值。

在本实施例中，通过上述计算单元的运算，可以获得单个风速仪的风速的时序数值分布在全局数值分布下的各个分布子集之间的全局对应性，从而基于每个风速仪所测量的风速之间的对应关联的相似性关系来确定每个风速仪在各个时间点所测量的风速的关注置信度，以便于从全局测量的角度来确定各个时间点测量的风速值相对于整体风速测量值做出贡献的加权分数，以获得较为准确的风速测量结果。

在本实施例中，基于多个风速查询特征向量获得多个风速全局均值，包括：计算多个风速查询特征向量中各个风速查询特征向量的所有位置的特征值的均值以得到多个风速全局均值，以多个权重值作为权重，计算多个风速全局均值的加权和以得到风速测量值。在这种情况下，基于每个风速仪在各个时间点所测量的风速的关注置信度，通过计算加权和的方式来获得较为准确的风速测量结果。

在本实施例中，使用专用可编程控制器的输出接口，输出风速测量值，以基于风速测量值来确定风力发电机的启动控制策略，以实现对风力发电机的控制。

在本实施例中，计算单元，包括：第一加法器子单元，用于将每个全局映射权重向量的所有位置的特征值通过加法器以得到第一加和值；第一计数子单元，用于将每个全局映射权重向量通过计数器以得到第一计数值；第一除法器子单元，用于将第一加和值和第一计数值通过除法器以得到权重值。

在本实施例中，计算单元，包括：第二加法器子单元，用于将各个风速查询特征向量的所有位置的特征值的通过加法器以得到第二加和值；第二计数子单元，用于将每个全局映射权重向量通过计数器以得到第二计数值；第二除法器子单元，用于将第二加和值和第二计数值通过除法器以得到风速全局均值。

在本实施例中，以多个权重值作为权重，计算多个风速全局均值的加权和以得到风速测量值，包括：将多个权重值和多个风速全局均值通过并行乘法器和加法器以得到风速测量值。

图2为根据本发明实施例的一种用于风力发电机风速测量的专用可编程控制器的结构图。如图2所示，该用于风力发电机风速测量的专用可编程控制器100包括输入接口110、储存器120、中央处理器130和输出接口140，其中：

输入接口110，用于从部署于海上风机的尾部的多个风速仪分别接收预定时间段内多个预定时间点的风速值；

存储器120，包括用于存储风速值参考矩阵和多个风速查询特征向量的寄存器，其中，风速查询特征向量为各个风速仪的预定时间段内多个预定时间点的风速值的数值列向量，风速值参考矩阵为多个风速仪的预定时间段内多个预定时间点的风速值的数值矩阵；

中央处理器130，包括：计算单元，用于：将多个风速查询特征向量分别与风速值参考矩阵进行矩阵相乘以得到多个全局查询特征向量；将多个全局查询特征向量分别输入基于预定阈值的多个并行开关以将多个全局查询特征向量分别转换为数值为(0,1)分布的多个全局状态查询向量；计算多个全局状态查询向量中每两个全局状态查询向量之间的汉明距离以获得全局状态映射矩阵；将每个全局状态查询向量乘以全局状态映射矩阵以获得多个全局映射权重向量；计算每个全局映射权重向量的所有位置的特征值的均值以得到多个权重值；计算多个风速查询特征向量中各个风速查询特征向量的所有位置的特征值的均值以得到多个风速全局均值；以及，运算单元，用于以多个权重值作为权重，计算多个风速全局均值的加权和以得到风速测量值；

输出接口140，用于输出风速测量值。

图3为根据本发明实施例的用于风力发电机风速测量的专用可编程控制器的架构运行示意图；图4为根据本发明实施例的用于风力发电机风速测量的专用可编程控制器的中中央处理器的框图。

在一些实施例中，如图3所示，运行过程如下：首先通过输入接口从部署于海上风机的尾部的多个风速仪分别接收预定时间段内多个预定时间点的风速值；接着通过中央处理器进行数据处理，包括：通过计算单元：将多个风速查询特征向量分别与风速值参考矩阵进行矩阵相乘以得到多个全局查询特征向量；将多个全局查询特征向量分别输入基于预定阈值的多个并行开关以将多个全局查询特征向量分别转换为数值为(0,1)分布的多个全局状态查询向量；计算多个全局状态查询向量中每两个全局状态查询向量之间的汉明距离以获得全局状态映射矩阵；将每个全局状态查询向量乘以全局状态映射矩阵以获得多个全局映射权重向量；计算每个全局映射权重向量的所有位置的特征值的均值以得到多个权重值；计算多个风速查询特征向量中各个风速查询特征向量的所有位置的特征值的均值以得到多个风速全局均值；以及通过运算单元，以多个权重值作为权重，计算多个风速全局均值的加权和以得到风速测量值，同时，通过存储器，存储风速值参考矩阵和多个风速查询特征向量的寄存器，其中，风速查询特征向量为各个风速仪的预定时间段内多个预定时间点的风速值的数值列向量，风速值参考矩阵为多个风速仪的预定时间段内多个预定时间点的风速值的数值矩阵；最后通过输出接口输出风速测量值。

在一些实施例中，如图2所示，用于风力发电机风速测量的专用可编程控制器100还包括通讯接口150。由部署于海上风机的尾部的多个风速仪采集的预定时间段内多个预定时间点的风速值可以利用专用可编程控制器的输入接口110和/或通讯接口150接收。

在一些实施例中，存储器120包括用于存储风速值参考矩阵和多个风速查询特征向量的寄存器，其中，风速查询特征向量为各个风速仪的预定时间段内多个预定时间点的风速值的数值列向量，风速值参考矩阵为多个风速仪的预定时间段内多个预定时间点的风速值的数值矩阵。在这种情况下，将多个预定时间点的风速值存储于专用可编程控制器的存储器中，以便后续的调取和运算。

在一些实施例中，将各个风速仪获得的预定时间段内多个预定时间点的风速值按照时间维度排列为多个风速查询特征向量，并将各个风速仪获得的预定时间段内多个预定时间点的风速值按照时间维度和风速仪样本维度排列为风速值参考矩阵，并将风速查询特征向量和风速值参考矩阵存储于专用可编程控制器的存储器的寄存器中。

在一些实施例中，如图4所示，中央处理器130包括：计算单元131和运算单元132。

具体地，计算单元131，用于：将多个风速查询特征向量分别与风速值参考矩阵进行矩阵相乘以得到多个全局查询特征向量。在这种情况下，多个全局查询特征向量中的每一个对应于单个风速仪的风速的时序数值分布在所有风速仪的全局数值分布下的全局映射分布子集，从而便于计算各个分布子集之间的对应性关系。也就是，以风速值参考矩阵作为共同的数据背景，分别计算多个风速查询特征向量中各个风速查询特征向量在风速值参考矩阵中的向量查询结果，以此来表示每一个对应于单个风速仪的风速的时序数值分布在所有风速仪的全局数值分布下的全局映射分布子集，从而便于计算各个分布子集之间的对应性关系。

具体地，计算单元131，用于：将多个全局查询特征向量分别输入基于预定阈值的多个并行开关以将多个全局查询特征向量分别转换为数值为(0,1)分布的多个全局状态查询向量。也就是，通过中央处理器的简单硬件电路将全局查询特征向量中的数值转化为0或1的逻辑值，以通过逻辑值列向量来表示多个全局状态查询向量，这样便于利用专用可编程控制器的简单硬件电路来实现复杂的风速测量。

在一些实施例中，在多个并行开关中，每个开关的预定阈值由相同的控制阈值和/或不同的控制阈值获得。具体地，在一些实施例中，在多个并行开关中，每个开关具有相同的控制阈值这样保持多个时间点的风速值之间的全局状态度量的一致性。在一些实施例中，在多个并行开关中，每个开关具有单独的控制阈值这样可以保持各个时间点的风速值的全局状态度量的自适应性，也就是，基于不同时间点的风速值自适应地确定控制阈值。在一些实施例中，针对每个时间点提升状态度量的置信度，在多个并行开关中，每个开关的阈值是单独的控制阈值乘以相同的控制阈值，通过这样的方式，不仅可以有效地保持多个时间点的风速值之间的全局状态度量的一致性，还可以兼顾各个时间点的风速值的全局状态度量的自适应性。

在一些实施例中，计算单元131用于：计算多个全局状态查询向量中每两个全局状态查询向量之间的汉明距离以获得全局状态映射矩阵。特别地，汉明距离用来表示两个等长的字符串在相同位置上对应不同字符的数目，其用于衡量两个二值特征向量的相似度，对两个待计算的向量取异或操作可得到向量间的汉明距离，该值越小表明两个向量的相似度越高。这里，汉明距离用来表示两个二值全局状态查询向量之间的相似度。

在一些实施例中，计算单元131包括汉明距离计算子单元和排列子单元。汉明距离计算子单元用于将多个全局状态查询向量中每两个全局状态查询向量输入并行异或门和计数器以得到多个汉明距离值；排列子单元用于将多个汉明距离值进行二维排列以得到全局状态映射矩阵。在这种情况下，通过基于多个全局查询特征向量的开关值的汉明距离来计算全局状态映射矩阵，可以通过简单的硬件形式(例如开关+计数器)来获得各个全局查询特征向量的全局映射分布子集之间的全局对应性关系。

在一些实施例中，计算单元131用于：将每个全局状态查询向量乘以全局状态映射矩阵以获得多个全局映射权重向量。通过这样的方式，获得全局查询特征向量表示的各个风速仪的风速开关量向量相对于多个风速仪整体需要关注的预定位置的特征值。

在一些实施例中，计算单元131用于：计算每个全局映射权重向量的所有位置的特征值的均值以得到多个权重值。通过上述运算，可以获得单个风速仪的风速的时序数值分布在全局数值分布下的各个分布子集之间的全局对应性，从而基于每个风速仪所测量的风速之间的对应关联的相似性关系来确定每个风速仪在各个时间点所测量的风速的关注置信度，以便于从全局测量的角度来确定各个时间点测量的风速值相对于整体风速测量值做出贡献的加权分数，以获得较为准确的风速测量结果。

在一些实施例中，计算单元131包括第一加法器子单元、第一计数子单元和第一除法器子单元，其中第一加法器子单元用于将每个全局映射权重向量的所有位置的特征值通过加法器以得到第一加和值；第一计数子单元用于将每个全局映射权重向量通过计数器以得到第一计数值；以及，第一除法器子单元用于将第一加和值和第一计数值通过除法器以得到权重值。

在一些实施例中，计算单元131用于：计算多个风速查询特征向量中各个风速查询特征向量的所有位置的特征值的均值以得到多个风速全局均值。

在一些实施例中，计算单元131包括第二加法器子单元、第二计数子单元和第二除法器子单元，其中第二加法器子单元用于将各个风速查询特征向量的所有位置的特征值的通过加法器以得到第二加和值；第二计数子单元用于将每个全局映射权重向量通过计数器以得到第二计数值；以及，第二除法器子单元用于将第二加和值和第二计数值通过除法器以得到风速全局均值。

在一些实施例中，运算单元132用于以多个权重值作为权重，计算多个风速全局均值的加权和以得到风速测量值。也就是，基于每个风速仪在各个时间点所测量的风速的关注置信度，通过计算加权和的方式来获得较为准确的风速测量结果。

在一些实施例中，运算单元132进一步用于将多个权重值和多个风速全局均值通过并行乘法器和加法器以得到风速测量值。

在一些实施例中，输出接口140，用于输出风速测量值。也就是，可使用专用可编程控制器的输出接口，输出风速测量值，以基于风速测量值来确定风力发电机的启动控制策略。

在一些实施例中，如图2所示，用于风力发电机风速测量的专用可编程控制器100还包括电源160。电源160用于为输入接口110、储存器120、中央处理器130和输出接口140提供工作电压。

在本发明实施例的用于风力发电机风速测量的专用可编程控制器中，专用可编程控制器包括输入接口、存储器、中央处理器和输出接口；输入接口用于接收来自部署于海上风力发电机的尾部的多个风速仪的预定时间段内多个预定时间点的风速值；存储器用于存储风速值参考矩阵和多个风速查询特征向量，其中风速值参考矩阵和风速查询特征向量基于预定时间段内多个预定时间点的风速值得到；中央处理器用于基于风速值参考矩阵和多个风速查询特征向量获得多个权重值，基于多个风速查询特征向量获得多个风速全局均值，并基于多个权重值和多个风速全局均值获得风速测量值；输出接口用于输出风速测量值。根据本发明的专用可编程控制器，能够提高风力发电机风速测量的准确性。在这种情况下，专用可编程逻辑控制器包括输入接口、输出接口、储存器、中央处理器等，利用部署于海上风力发电机的尾部的多个风速仪的预定时间段内多个预定时间点的风速值获得风速值参考矩阵和风速查询特征向量，基于风速值参考矩阵和风速查询特征向量获得风速测量值，充分考虑各个风速仪在各个预定时间点所测量的风速值之间存在的关联，提高了风力发电机风速测量的准确性。与现有技术相比，本公开的专用可编程逻辑控制器考虑到当在海上风机的尾部安装多个风速仪时，各个风速仪在各个预定时间点所测量的风速值之间存在关联，使用专用可编程逻辑控制器充分挖掘和利用多个风速仪所测量的风速数据之间的隐含关联，以得到风速测量值，在一定程度上减少叶片遮挡带来的对风速测量的影响，提高了风速测量的精准度。

下述为本发明的方法实施例，本发明的方法实施例基于上述专用可编程控制器实施例进行风速测量。对于本发明方法实施例中未披露的细节，请参照本发明专用可编程控制器实施例。

图5为根据本发明实施例的用于风力发电机风速测量的专用可编程控制器的运行方法的流程图。

如图5所示，该用于风力发电机风速测量的专用可编程控制器的运行方法，包括：

步骤S11，接收来自部署于海上风力发电机的尾部的多个风速仪的预定时间段内多个预定时间点的风速值。

在步骤S11中，通过输入接口，从部署于海上风机的尾部的多个风速仪分别接收预定时间段内多个预定时间点的风速值。

步骤S12，获取风速值参考矩阵和多个风速查询特征向量，其中风速值参考矩阵和风速查询特征向量基于预定时间段内多个预定时间点的风速值得到。

在步骤S12中，通过存储器存储风速值参考矩阵和多个风速查询特征向量，其中，风速查询特征向量为各个风速仪的预定时间段内多个预定时间点的风速值的数值列向量，风速值参考矩阵为多个风速仪的预定时间段内多个预定时间点的风速值的数值矩阵。

步骤S13，基于风速值参考矩阵和多个风速查询特征向量获得多个权重值，基于多个风速查询特征向量获得多个风速全局均值，并基于多个权重值和多个风速全局均值获得风速测量值。

在步骤S13中，基于风速值参考矩阵和多个风速查询特征向量获得多个权重值，包括：将多个风速查询特征向量分别与风速值参考矩阵进行矩阵相乘以得到多个全局查询特征向量(步骤S131)；将多个全局查询特征向量分别输入基于预定阈值的多个并行开关以获得多个全局状态查询向量(步骤S132)；基于多个全局状态查询向量获得多个权重值(步骤S132)。

在步骤S132中，具体地，将多个全局查询特征向量分别输入基于预定阈值的多个并行开关以将多个全局查询特征向量分别转换为数值为(0,1)分布的多个全局状态查询向量。

在步骤S132中，在多个并行开关中，每个开关的预定阈值由相同的控制阈值和/或不同的控制阈值获得。其中，在一些实施例中，在多个并行开关中，每个开关具有相同的控制阈值；在一些实施例中，在多个并行开关中，每个开关具有独立的控制阈值。在一些实施例中，在多个并行开关中，每个开关的阈值为单独的控制阈值乘以相同的控制阈值。

在步骤S133中，基于多个全局状态查询向量获得多个权重值，包括：计算多个全局状态查询向量中每两个全局状态查询向量之间的汉明距离以获得全局状态映射矩阵；将每个全局状态查询向量乘以全局状态映射矩阵以获得多个全局映射权重向量；计算每个全局映射权重向量的所有位置的特征值的均值以得到多个权重值。

在步骤S133中，计算每个全局映射权重向量的所有位置的特征值的均值以得到多个权重值，包括：将每个全局映射权重向量的所有位置的特征值通过加法器以得到第一加和值；将每个全局映射权重向量通过计数器以得到第一计数值；将第一加和值和第一计数值通过除法器以得到权重值。

在步骤S133中，计算多个全局状态查询向量中每两个全局状态查询向量之间的汉明距离以获得全局状态映射矩阵，包括：将多个全局状态查询向量中每两个全局状态查询向量输入并行异或门和计数器以得到多个汉明距离值；将多个汉明距离值进行二维排列以得到全局状态映射矩阵。

在步骤S13中，基于多个风速查询特征向量获得多个风速全局均值，包括：计算多个风速查询特征向量中各个风速查询特征向量的所有位置的特征值的均值以得到多个风速全局均值。

在步骤S13中，计算多个风速查询特征向量中各个风速查询特征向量的所有位置的特征值的均值以得到多个风速全局均值，包括：将各个风速查询特征向量的所有位置的特征值的通过加法器以得到第二加和值；将每个全局映射权重向量通过计数器以得到第二计数值；将第二加和值和第二计数值通过除法器以得到风速全局均值。

在步骤S13中，基于多个权重值和多个风速全局均值获得风速测量值，包括以多个权重值作为权重，计算多个风速全局均值的加权和以得到风速测量值。

在步骤S13中，以多个权重值作为权重，计算多个风速全局均值的加权和以得到风速测量值，包括：将多个权重值和多个风速全局均值通过并行乘法器和加法器以得到风速测量值。

在本实施例中，用于风力发电机风速测量的专用可编程控制器的运行方法还包括：通过输出接口，输出风速测量值。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明实施例的用于风力发电机风速测量的专用可编程控制器的运行方法中，接收来自部署于海上风力发电机的尾部的多个风速仪的预定时间段内多个预定时间点的风速值；获取风速值参考矩阵和多个风速查询特征向量，其中风速值参考矩阵和风速查询特征向量基于预定时间段内多个预定时间点的风速值得到；基于风速值参考矩阵和多个风速查询特征向量获得多个权重值，基于多个风速查询特征向量获得多个风速全局均值，并基于多个权重值和多个风速全局均值获得风速测量值。在这种情况下，利用部署于海上风力发电机的尾部的多个风速仪的预定时间段内多个预定时间点的风速值获得风速值参考矩阵和风速查询特征向量，基于风速值参考矩阵和风速查询特征向量获得风速测量值，充分考虑各个风速仪在各个预定时间点所测量的风速值之间存在的关联，提高了风力发电机风速测量的准确性。与现有技术相比，本公开的专用可编程逻辑控制器的运行方法考虑到当在海上风机的尾部安装多个风速仪时，各个风速仪在各个预定时间点所测量的风速值之间存在关联，使用专用可编程逻辑控制器充分挖掘和利用多个风速仪所测量的风速数据之间的隐含关联，以得到风速测量值，在一定程度上减少叶片遮挡带来的对风速测量的影响，提高了风速测量的精准度。

要说明的是，上述实施例提供的用于风力发电机风速测量的专用可编程控制器在执行用于风力发电机风速测量的专用可编程控制器的运行方法时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将用于风力发电机风速测量的专用可编程控制器的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述实施例提供的用于风力发电机风速测量的专用可编程控制器的运行方法与用于风力发电机风速测量的专用可编程控制器实施例属于同一构思，其体现实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明公开的技术方案所期望的结果，本发明在此不进行限制。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

以上结合具体实施例描述了本发明的基本原理，但是，需要指出的是，在本发明中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本发明的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本发明为必须采用上述具体的细节来实现。

本发明中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。

还需要指出的是，在本发明的装置、设备和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本发明的等效方案。

提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本发明。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本发明的范围。因此，本发明不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。

为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本发明的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。