CN104747366A - 一种自适应空气密度变化的风电发电机组控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种自适应风力发电机组所在环境空气密度变化的最佳控制方法。本发明包括以下步骤：通过风场地区的海拔高度、风机轮毂高度和实测的机舱外环境温度，计算出风电机组轮毂中心高度处的实际空气密度，并据此计算出相对于标准空气密度的转矩修正系数，对实际发电机控制转矩进行修正，从而影响到风轮转速，使机组在不同的空气密度的情况下能够始终维持在最佳叶尖速比运行，避免风机在非标准空气密度下运行会偏离最优控制曲线的问题，动态实时获得最大的发电效率输出，提高风力发电机组对不同地区不同环境的适应性。
Description
技术领域
在本发明涉及一种自适应风力发电机组所在环境空气密度变化的最佳控制方法。
背景技术
风能的大小主要由风速和空气密度决定，但是目前风力发电机组在设计阶段都是按照标准空气密度来计算最优控制曲线，因此其控制主要针对风速的变化，而未考虑到空气密度的变化。一旦所设计的机型应用在非标准空气密度下，机组实际运行时将会偏离最优控制曲线，无法获得最佳发电效率。
由于地理条件及环境的影响，不同风电场的空气密度各不相同。虽然有些风场会在并网调试时按照风机实际运行情况及所测环境数据，对最优控制曲线进行细微调整，但即使同一个风电场，空气密度也会由于昼夜、季度等因素引起的温度变化而产生较大变化，进而影响到风电机组的功率控制及电能输出，无法实现最佳运行。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种自适应空气密度变化的风电发电机组控制方法，能够根据空气密度的变化，对发电机的转矩进行实时修正，动态实时获得最大的发电效率输出，提高风力发电机组对不同地区不同环境的适应性。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种自适应空气密度变化的风电发电机组控制方法，包括如下步骤：
（1）通过风场地区的海拔高度、风机轮毂高度和实测的机舱外环境温度t，计算出风电机组轮毂中心高度处的实际空气密度 ；
（2）通过实际空气密度,计算出相对于标准空气密度的转矩修正系数K；
（3）对实际发电机控制转矩T进行修正，计算公式为T＝K× ，其中为设计时的标准发电机控制转矩，通过对实际电机控制转矩T的修正从而影响到风轮转速，使机组在不同的空气密度的情况下能够始终维持在最佳叶尖速比运行，实现最大风能捕获，达到最大功率输出。
所述步骤（一）中实际空气密度的计算方法为：
根据等温气压方程及环境温度t与空气密度的对应关系，再结合大气压强与海拔高度h的对应关系，得出实际空气密度的计算公式：，其中海拔高度h为风场地区的海拔高度和风机轮毂高度之和。
所述步骤（二）中实际发电机控制转矩T的修正系数K的计算方法为：
根据风能计算公式，发电机控制转矩，其中P为机组发电功率，为空气密度，为风轮扫风面积，为风速， 为风能利用效率，为机组的机电效率，n为发电机组转速，在相同的风速V下，为保证同样的风力发电机组发电效率，则 ，其中T为修正后的实际发电机控制转矩， 为设计时的标准发电机控制转矩，为计算出的实际空气密度，为标准空气密度，可得出修正系数，其中，当环境温度t不在风力发电机组运行温度范围内时，修正系数K＝1。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做详细说明。
在风力发电机组运行过程中，通过风场地区的海拔高度、风机轮毂高度和实测的机舱外环境温度t，计算出风电机组轮毂中心高度处的实际空气密度。
通过实际空气密度，计算出相对于标准空气密度的转矩修正系数K。
对实际发电机控制转矩T进行修正，计算公式为T＝K×，其中为设计时的标准发电机控制转矩，通过对实际电机控制转矩T的修正从而影响到风轮转速，使机组在不同的空气密度的情况下能够始终维持在最佳叶尖速比运行，实现最大风能捕获，达到最大功率输出。
在本发明中，披露了一种通过计算获取空气密度值的方法：
根据等温气压方程及环境温度t与空气密度的对应关系，再结合大气压强与海拔高度h的对应关系，得出空气密度的计算公式：，将风场地区的海拔高度和风机轮毂高度之和作为海拔高度h时，即可通过计算获得风电机组轮毂中心高度处的实际空气密度。
在本发明中，揭露了如何按照实际空气密度，计算出相对于标准空气密度的转矩修正系数K：
根据风能计算公式，发电机控制转矩 （1），其中P为机组发电功率，为空气密度，为风轮扫风面积，为风速， 为风能利用效率，为机组的机电效率，n为发电机组转速。
在相同的风速V下，为保证同样的风力发电机组发电效率，根据公式（1）可得到发电机控制转矩与空气密度的关系： （2），其中T为修正后的实际发电机控制转矩，为设计时的标准发电机控制转矩，为实际计算出的空气密度，为标准空气密度。
根据公式（2）可得出修正系数 （3），其中，当环境温度t不在风力发电机组运行温度范围内时，修正系数K＝1。
本发明所提供的一种自适应空气密度变化的风电发电机组控制方法，能够根据空气密度的变化，对发电机的转矩进行实时修正，动态实时获得最大的发电效率输出，提高风力发电机组对不同地区不同环境的适应性。
虽然经过对本发明结合具体实施例进行描述，对于在本技术领域熟练的人士，根据上文的叙述做出的替代、修改与变化将是显而易见的。因此，在这样的替代，修改和变化落入本发明的权利要求的精神和范围内时，应该被包括在本发明中。
Claims (3)
1.一种自适应空气密度变化的风电发电机组控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）通过风场地区的海拔高度、风机轮毂高度和实测的机舱外环境温度t，计算出风电机组轮毂中心高度处的实际空气密度 ；
（2）通过实际空气密度,计算出相对于标准空气密度的转矩修正系数K；
（3）对实际发电机控制转矩T进行修正，计算公式为T＝K× ，其中为设计时的标准发电机控制转矩，通过对实际电机控制转矩T的修正从而影响到风轮转速，使机组在不同的空气密度的情况下能够始终维持在最佳叶尖速比运行，实现最大风能捕获，达到最大功率输出。
2.如权利要求1所述的一种自适应空气密度变化的风电发电机组控制方法，其特征在于，所述步骤（一）中实际空气密度的计算方法为：
根据等温气压方程及环境温度t与空气密度的对应关系，再结合大气压强与海拔高度h的对应关系，得出实际空气密度的计算公式：，其中海拔高度h为风场地区的海拔高度和风机轮毂高度之和。
3.如权利要求1所述的一种自适应空气密度变化的风电发电机组控制方法，其特征在于，所述步骤（二）中实际发电机控制转矩T的修正系数K的计算方法为：
根据风能计算公式，发电机控制转矩，其中P为机组发电功率，为空气密度，为风轮扫风面积，为风速， 为风能利用效率，为机组的机电效率，n为发电机组转速，在相同的风速V下，为保证同样的风力发电机组发电效率，则 ，其中T为修定后的实际发电机控制转矩， 为设计时的标准发电机控制转矩，为计算出的实际空气密度，为标准空气密度，可得出修正系数，其中，当环境温度t不在风力发电机组运行温度范围内时，修正系数K＝1。
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