CN104632523A - 风力发电机及其控制方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种风力发电机及其控制方法和装置，该风力发电机的控制方法包括：设置风力发电机的转矩调节变量T、转矩调整增量ΔT、及参照功率P0；周期性检测风力发电机的功率，并判断检测到的Pc是否等于额定功率P额，若是则继续检测当前功率；若否则判断Pc是否大于或等于P0，若是，则将Pc赋值给P0，并采用与上一调节周期相同的转矩调整方向，对转矩调节变量T按照转矩调整增量ΔT进行调节；若Pc小于P0则将Pc赋值给P0，并改变对转矩调节变量T的调整方向，采用与上一调节周期相反的转矩调整方向，对转矩调节变量T按照转矩调整增量ΔT进行调节，继续检测风力发电机的功率。实施本发明能够提高风力发电机的整机效率。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，特别涉及一种风力发电机及其控制方法和装置。
背景技术
目前，比较常用的风力发电机组的控制方式为：根据可以测量到的量对风速进行估算，计算出最优风能利用系数Cp所对应的转速，然后经过理论计算绘制出转矩转速曲线，通过检测实时风速，拟合转矩转速曲线，确定当前转矩输入值，然后通过控制发电机转矩尽快达到所需转速。
但是，根据依赖于上述理论计算的转矩转速曲线来调节转矩，不能使风机达到最优转速，这主要是因为：
1)在风机运行的实际环境中，能够影响风速的因素如空气密度、地表粗糙度、温度等都会随着地理位置和季节、时间的不同而发生变化，这种变化是动态的、随机的，理论推算出来的风速值不能真实的反映实际风况。
2)风机零部件受加工误差和运行磨损的影响，实际性能与设计性能存在差别，比如叶片气动性能上的差异，并且这种差异将随着部件的逐渐磨损消耗而逐渐增大，而这种差异并没有考虑到上述理论计算中。
3)理论计算的转矩转速曲线存在拐点，如图1所示的转矩转速曲线中，出现两个拐点A、B，由于控制过程中对拐点的拟合存在难度，不利于确定风机的最优转速。
因此，采用传统的控制方式，风机很难以最优转速运行，导致风机的整机性能降低。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的之一在于提出一种风力发电机及其控制方法和装置，能够提高风力发电机的整机效率。
进一步来讲，该风力发电机的控制方法包括：设置风力发电机的转矩调节变量T、转矩调整增量ΔT、及参照功率P0；周期性检测风力发电机的功率，并判断检测到的当前功率Pc是否等于额定功率P额，若当前功率Pc等于额定功率P额，则继续检测风力发电机的功率；若当前功率Pc不等于额定功率P额，则判断当前功率Pc是否大于或等于参照功率P0，若是，则将当前功率Pc赋值给参照功率P0，并采用与上一调节周期相同的转矩调整方向，对转矩调节变量T按照转矩调整增量ΔT进行调节；若当前功率Pc小于参照功率P0，则将当前功率Pc赋值给参照功率P0，并改变对转矩调节变量T的调整方向，采用与上一调节周期相反的转矩调整方向，对转矩调节变量T按照转矩调整增量ΔT进行调节，继续检测风力发电机的功率。
在一些实施例中，若所述上一调节周期的转矩调整方向是指对转矩调节变量T增加转矩调整增量ΔT，则：采用与上一调节周期相同的转矩调整方向时，转矩调节变量T继续增加转矩调整增量ΔT；采用与上一调节周期相反的转矩调整方向时，转矩调节变量T减少转矩调整增量ΔT。
在一些实施例中，若所述上一调节周期的转矩调整方向是指对转矩调节变量T减少转矩调整增量ΔT，则：采用与上一调节周期相同的转矩调整方向时，转矩调节变量T继续减少转矩调整增量ΔT；采用与上一调节周期相反的转矩调整方向时，转矩调节变量T增加转矩调整增量ΔT。
在一些实施例中，所述转矩调整增量ΔT根据风力发电机的性能参数和作业环境进行设置。
在一些实施例中，所述参照功率P0的初始值为初始功率，根据风力发电机的工作功率和额定功率进行设置。
与上述方法相对应的是，本发明提出的风力发电机的控制装置包括：设置单元，用于设置风力发电机的转矩调节变量T、转矩调整增量ΔT、及参照功率P0；检测单元，用于周期性检测风力发电机的功率；判断单元，与所述设置单元及所述检测单元连接，用于判断检测到的当前功率Pc是否等于额定功率P额，以及用于判断当前功率Pc是否大于或等于参照功率P0；迭代单元，与所述检测单元及所述判断单元连接，用于将检测到的当前功率Pc赋值给参照功率P0；调节单元，与所述判断单元连接，用于根据所述判断单元的判断结果，参照上一调节周期的转矩调整方向，对转矩调节变量T按照转矩调整增量ΔT进行调节。
在一些实施例中，所述调节单元包括：方向控制子单元，用于根据所述判断单元的判断结果，参照上一调节周期的转矩调整方向，确定转矩调节变量T的调整方向；数值调节子单元，用于根据所述方向控制子单元确定的转矩调节变量T的调整方向，对转矩调节变量T增加或减少转矩调整增量ΔT。
在一些实施例中，所述数值调节子单元用于获取上一调节周期的转矩调整方向，所述方向控制子单元确定采用与上一调节周期相同的转矩调整方向时，所述数值调节子单元用于继续对转矩调节变量T增加或减少转矩调整增量ΔT。
在一些实施例中，所述数值调节子单元用于获取上一调节周期的转矩调整方向，所述上一调节周期的转矩调整方向是指对转矩调节变量T增加转矩调整增量ΔT的情况，所述方向控制子单元确定采用与上一调节周期相同的转矩调整方向时，所述数值调节子单元用于继续对转矩调节变量T增加转矩调整增量ΔT；所述方向控制子单元确定采用与上一调节周期相反的转矩调整方向时，所述数值调节子单元用于对转矩调节变量T减少转矩调整增量ΔT；所述上一调节周期的转矩调整方向是指对转矩调节变量T减少转矩调整增量ΔT的情况，所述方向控制子单元确定采用与上一调节周期相同的转矩调整方向时，所述数值调节子单元用于继续对转矩调节变量T减少转矩调整增量ΔT；所述方向控制子单元确定采用与上一调节周期相反的转矩调整方向时，所述数值调节子单元用于对转矩调节变量T增加转矩调整增量ΔT。
相对于现有技术，本发明具有以下优势：
本发明中风力发电机的控制方法和装置可避开对理论模型依赖，通过根据实测功率调节电机转矩，以反复迭代的方式，寻求当前状况下的最优功率，提高整机性能。进一步来讲，设置动态调节基准即转矩调整增量ΔT当功率上升时保持转矩调整增量ΔT的方向，当功率下降时改变调整增量ΔT的方向为原调整方向的反向，这种调节方式可以不考虑风速的变化，避免因环境工况改变、加工误差、理论转矩转速拐点难以拟合、理论转矩转速曲线与实际情况存在偏差等原因导致的整机效率降低的问题，因而提高风力发电机的整机效率。
另外，本发明还提出一种风力发电机，该力发电机设置有前述任一种的风力发电机的控制装置。由于上述任一种风力发电机的控制装置具有上述技术效果，因此，设有该风力发电机的控制装置的工程机械也应具备相应的技术效果，兹不赘述。
附图说明
构成本发明实施例一部分的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为相关技术中转矩转速曲线的示意图；
图2为本发明实施例提供的风力发电机转速控制方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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作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。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图，对本发明的各优选实施例作进一步说明：
方法实施例
为寻求风力发电机的当前状况下的最优功率，提高其整机性能，本实施例提出一种风力发电机的控制方法，该方法包括以下步骤：
S100：设置风力发电机的转矩调节变量T、转矩调整增量ΔT、及参照功率P0。
其中，转矩调整增量ΔT为动态基准，可根据风力发电机的性能参数和作业环境进行设置。参照功率P0的初始值为初始功率，根据风力发电机的工作功率和额定功率进行设置。
S102：周期性检测风力发电机的功率。
S104：判断检测到的当前功率Pc是否等于额定功率P额，若当前功率Pc等于额定功率P额，则执行S106；若当前功率Pc不等于额定功率P额，则执行S108。
S106：继续检测风力发电机的功率；
S108：判断当前功率Pc是否大于或等于参照功率P0，若是，则执行S110；若当前功率Pc小于参照功率P0，则执行S112。
S110：将当前功率Pc赋值给参照功率P0，并采用与上一调节周期相同的转矩调整方向，对转矩调节变量T按照转矩调整增量ΔT进行调节。
S112：将当前功率Pc赋值给参照功率P0，并改变对转矩调节变量T的调整方向，采用与上一调节周期相反的转矩调整方向，对转矩调节变量T按照转矩调整增量ΔT进行调节，继续检测风力发电机的功率。
作为一个可选是实施方式，上述实施例中，若上一调节周期的转矩调整方向是指对转矩调节变量T增加转矩调整增量ΔT，则：采用与上一调节周期相同的转矩调整方向时，转矩调节变量T继续增加转矩调整增量ΔT；采用与上一调节周期相反的转矩调整方向时，转矩调节变量T减少转矩调整增量ΔT。
作为一个可选是实施方式，上述实施例中，若上一调节周期的转矩调整方向是指对转矩调节变量T减少转矩调整增量ΔT，则采用与上一调节周期相同的转矩调整方向时，转矩调节变量T继续减少转矩调整增量ΔT；采用与上一调节周期相反的转矩调整方向时，转矩调节变量T增加转矩调整增量ΔT。
上述实施例避开对理论模型依赖，通过根据实测功率调节电机转矩，以反复迭代的方式，寻求当前状况下的最优功率，当功率上升时保持转矩调整增量ΔT的方向，当功率下降时改变调整增量ΔT的方向为原调整方向的反向，通过这种调节方式提高整机性能。进一步来讲，这种调节方式可以不考虑风速的变化，避免因环境工况改变、加工误差、理论转矩转速拐点难以拟合、理论转矩转速曲线与实际情况存在偏差等原因导致的整机效率降低的问题。
参照图2，其示出了本实施例的风力发电机的控制方法，下面结合图2和一实例，对上述风力发电机的控制方法做进一步说明：
这里，根据风力发电机的自身性能和作业环境设置转矩调节变量T、转矩调整增量ΔT、初始功率P0。以开机起步阶段为例，该风力发电机的控制方法可通过将当前功率Pc赋给参照功率P0，增加电机转矩，转矩调整增量为ΔT，检测当前功率Pc，判断当前功率Pc是否等于额定功率P额：
若是，则继续检测当前功率Pc；
若否，则判断当前功率Pc是否大于或等于参照功率P0：
若是，保持上一周期转矩调整增量ΔT的调整方向，即继续增加转矩；
若否，将Pc赋给P0，并改变ΔT为原调整方向的反方向，即降低转矩；
继续检测当前功率Pc，判断Pc是否等于额定功率P额：
若是，则继续检测当前功率Pc；
若否，则判断当前功率Pc是否大于或等于功率P0：
若是，保持上一周期转矩调整增量的调整方向，即继续降低转矩；
若否，将Pc赋给P0，并改变ΔT为原调整方向的反方向，即增加转矩，进入新的循环周期；
这样，上述各实施例可根据实时监测功率值调节转矩，当功率上升时保持转矩调整增量的方向，当功率下降时改变调整增量的方向为原调整方向的反向。因此，上述各实施例以实时检测功率值作为调节转矩的依据，可以不考虑风速的变化，避免因环境工况改变、加工误差、理论转矩转速拐点难以拟合、理论转矩转速曲线与实际情况存在偏差等原因导致的整机效率降低的问题。
需要指出的是，上述各实施例中，还可以通过检测实时功率变化率来进行转矩调节，其中，转矩调节量ΔT随功率变化率增大而增大，减小而减小。
装置实施例
为实现上述方法，本实施例提出一种风力发电机的控制装置，该风力发电机的控制装置包括：
设置单元，用于设置风力发电机的转矩调节变量T、转矩调整增量ΔT、及参照功率P0；
检测单元，用于周期性检测风力发电机的功率；
判断单元，与设置单元及检测单元连接，用于判断检测到的当前功率Pc是否等于额定功率P额，以及用于判断当前功率Pc是否大于或等于参照功率P0；
迭代单元，与检测单元及判断单元连接，用于将检测到的当前功率Pc赋值给参照功率P0；
调节单元，与判断单元连接，用于根据判断单元的判断结果，参照上一调节周期的转矩调整方向，对转矩调节变量T按照转矩调整增量ΔT进行调节。
进一步来讲，上述调节单元可包括：
1)方向控制子单元，用于根据判断单元的判断结果，参照上一调节周期的转矩调整方向，确定转矩调节变量T的调整方向。
2)数值调节子单元，用于根据方向控制子单元确定的转矩调节变量T的调整方向，对转矩调节变量T增加或减少转矩调整增量ΔT。
上述实施例中，数值调节子单元用于获取上一调节周期的转矩调整方向，方向控制子单元确定采用与上一调节周期相同的转矩调整方向时，数值调节子单元用于继续对转矩调节变量T增加或减少转矩调整增量ΔT。
需要说明的是，上述实施例中，数值调节子单元用于获取上一调节周期的转矩调整方向，上一调节周期的转矩调整方向是指对转矩调节变量T增加转矩调整增量ΔT的情况，方向控制子单元确定采用与上一调节周期相同的转矩调整方向时，数值调节子单元用于继续对转矩调节变量T增加转矩调整增量ΔT。方向控制子单元确定采用与上一调节周期相反的转矩调整方向时，数值调节子单元用于对转矩调节变量T减少转矩调整增量ΔT。
其中，上一调节周期的转矩调整方向是指对转矩调节变量T减少转矩调整增量ΔT的情况，方向控制子单元确定采用与上一调节周期相同的转矩调整方向时，数值调节子单元用于继续对转矩调节变量T减少转矩调整增量ΔT。方向控制子单元确定采用与上一调节周期相反的转矩调整方向时，数值调节子单元用于对转矩调节变量T增加转矩调整增量ΔT。
因此，上述实施例以实时检测的功率值作为调节风力发电机的转矩的依据，通过实时监测功率值调节转矩，当功率上升时保持转矩调整增量的方向，当功率下降时改变调整增量的方向为原调整方向的反向。这样可以不考虑风速的变化，避免因环境工况改变、加工误差、理论转矩转速拐点难以拟合、理论转矩转速曲线与实际情况存在偏差等原因导致的整机效率降低的问题。
本发明实施例还提供了一种风力发电机，该风力发电机设有上述任一种风力发电机的控制装置，由于上述任一种风力发电机的控制装置具有上述技术效果，因此，设有该风力发电机的控制装置的工程机械也应具备相应的技术效果，其具体实施过程与上述实施例类似，兹不赘述。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明中风力发电机的控制装置的各单元或风力发电机的控制方法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，或者将它们分别制作成各个集成电路单元，或者将它们中的多个单元或步骤制作成单个集成电路单元来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。所述存储装置为非易失性存储器，如：ROM/RAM、闪存、磁碟、光盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种风力发电机的控制方法，其特征在于，包括：
设置风力发电机的转矩调节变量T、转矩调整增量ΔT、及参照功率P0；
周期性检测风力发电机的功率；
判断检测到的当前功率Pc是否等于额定功率P额，若当前功率Pc等于额定功率P额，则继续检测风力发电机的功率；
若当前功率Pc不等于额定功率P额，则判断当前功率Pc是否大于或等于参照功率P0，若是，则将当前功率Pc赋值给参照功率P0，并采用与上一调节周期相同的转矩调整方向，对转矩调节变量T按照转矩调整增量ΔT进行调节；
若当前功率Pc小于参照功率P0，则将当前功率Pc赋值给参照功率P0，并采用与上一调节周期相反的转矩调整方向，对转矩调节变量T按照转矩调整增量ΔT进行调节，继续检测风力发电机的功率。
2.根据权利要求1所述的风力发电机的控制方法，其特征在于，若所述上一调节周期的转矩调整方向是指对转矩调节变量T增加转矩调整增量ΔT，则：
采用与上一调节周期相同的转矩调整方向时，转矩调节变量T继续增加转矩调整增量ΔT；
采用与上一调节周期相反的转矩调整方向时，转矩调节变量T减少转矩调整增量ΔT。
3.根据权利要求1所述的风力发电机的控制方法，其特征在于，若所述上一调节周期的转矩调整方向是指对转矩调节变量T减少转矩调整增量ΔT，则：
采用与上一调节周期相同的转矩调整方向时，转矩调节变量T继续减少转矩调整增量ΔT；
采用与上一调节周期相反的转矩调整方向时，转矩调节变量T增加转矩调整增量ΔT。
4.根据权利要求1至3任一项所述的风力发电机的控制方法，其特征在于，所述转矩调整增量ΔT根据风力发电机的性能参数和作业环境进行设置。
5.根据权利要求4所述的风力发电机的控制方法，其特征在于，所述参照功率P0的初始值为初始功率，根据风力发电机的工作功率和额定功率进行设置。
6.一种风力发电机的控制装置，其特征在于，包括：
设置单元，用于设置风力发电机的转矩调节变量T、转矩调整增量ΔT、及参照功率P0；
检测单元，用于周期性检测风力发电机的功率；
判断单元，与所述设置单元及所述检测单元连接，用于判断检测到的当前功率Pc是否等于额定功率P额，以及用于判断当前功率Pc是否大于或等于参照功率P0；
迭代单元，与所述检测单元及所述判断单元连接，用于将检测到的当前功率Pc赋值给参照功率P0；
调节单元，与所述判断单元连接，用于根据所述判断单元的判断结果，参照上一调节周期的转矩调整方向，对转矩调节变量T按照转矩调整增量ΔT进行调节。
7.根据权利要求6所述的风力发电机的控制装置，其特征在于，所述调节单元包括：
方向控制子单元，用于根据所述判断单元的判断结果，参照上一调节周期的转矩调整方向，确定转矩调节变量T的调整方向；
数值调节子单元，用于根据所述方向控制子单元确定的转矩调节变量T的调整方向，对转矩调节变量T增加或减少转矩调整增量ΔT。
8.根据权利要求7所述的风力发电机的控制装置，其特征在于，所述数值调节子单元用于获取上一调节周期的转矩调整方向，所述方向控制子单元确定采用与上一调节周期相同的转矩调整方向时，所述数值调节子单元用于继续对转矩调节变量T增加或减少转矩调整增量ΔT。
9.根据权利要求7或8所述的风力发电机的控制装置，其特征在于：
所述数值调节子单元用于获取上一调节周期的转矩调整方向，所述上一调节周期的转矩调整方向是指对转矩调节变量T增加转矩调整增量ΔT的情况，所述方向控制子单元确定采用与上一调节周期相同的转矩调整方向时，所述数值调节子单元用于继续对转矩调节变量T增加转矩调整增量ΔT；所述方向控制子单元确定采用与上一调节周期相反的转矩调整方向时，所述数值调节子单元用于对转矩调节变量T减少转矩调整增量ΔT；
所述上一调节周期的转矩调整方向是指对转矩调节变量T减少转矩调整增量ΔT的情况，所述方向控制子单元确定采用与上一调节周期相同的转矩调整方向时，所述数值调节子单元用于继续对转矩调节变量T减少转矩调整增量ΔT；所述方向控制子单元确定采用与上一调节周期相反的转矩调整方向时，所述数值调节子单元用于对转矩调节变量T增加转矩调整增量ΔT。
10.一种风力发电机，其特征在于，设置有权利要求6至9任一项所述的风力发电机的控制装置。
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